Contribution à la synthèse de commandes référencées vision 2D multi-critères
Résumé
This thesis presents the design of multicriteria 2D image-based controllers to position a 3-DOF camera with respect to a fixed or mobile target. The camera is supposed to be supported by a robotic system which allows any horizontal translations and rotations about the vertical axis. The frequency and the quality of information delivered by the CCD cameras which equip today the robots make indeed possible the direct alimentation of the loops of control by visual measurements of the environment. The model considered is defined in the framework of the task function approach and is based on the concept of screw of interaction which allows linking up the movement of the camera with the variation of the visual indices. The objective of this work is to propose control laws to stabilize the camera on the basis of two-dimensional information resulting from the image, despite the uncertainty on the depth of the target points, the constraints of visibility and the limits on the camera velocity and acceleration. The proposed method implements advanced control techniques. It is based on the satisfaction of a modified sector condition to take into account the saturation of acceleration and the description of the closed-loop system via a polytopic model of uncertainties. This approach allows formulating constructive conditions which can be expressed in the form of Matrix Linear Inequalities (LMIs). From this formulation, some LMI-based convex optimization schemes are considered for computing the feedback gain that leads to the maximization of the size of the associated region of stability. The technique, initially applied to the positioning problem of the camera with respect to a fixed target, is then extended to track a moving target by regarding the unknown target velocity as a disturbance limited in energy. Then, the interest of the approach for designing control strategies, to link dynamically a sequence of sensor-based tasks for the problem of navigation of a mobile robot, is shown. Several examples of sequences of tasks are considered and simulated on the basis of a model of car-like robot equipped with the sensors of proximity and supporting a camera mounted on a directional pan-platform in azimuth.
Cette thèse concerne la synthèse de lois commande référencées vision 2D, multi-critères, pour le positionnement, par rapport à une cible fixe ou mobile, d'une caméra orientable en lacet en mouvement dans le plan horizontal. La fréquence et la qualité des informations délivrées par les caméras CCD qui équipent aujourd'hui les robots rend en effet possible l'alimentation directe des boucles de commande à partir des mesures visuelles de l'environnement. Le modèle considéré est défini dans le cadre du formalisme des fonctions de tâches et s'appuie sur la notion de torseur d'interaction qui permet de relier le mouvement de la caméra à la variation des indices visuels. L'objectif de ce travail est de proposer des lois de commandes permettant de stabiliser la caméra sur la base des informations bidimensionnelles issues de l'image, en tenant compte de l'incertitude sur la profondeur des points de la cible, des contraintes de visibilité et des limites en amplitude sur la vitesse et l'accélération de la caméra. La méthode proposée met en oeuvre des techniques de commande avancées. Elle est basée sur la satisfaction d'une condition de secteur modifiée permettant de prendre en compte la saturation de l'accélération et la description du système en boucle fermée via un modèle polytopique des incertitudes. Cette approche permet de formuler des conditions constructives pouvant être exprimées sous forme d'Inégalités Linéaires Matricielles (LMIs). Sur cette base, la résolution de problèmes d'optimisation convexe permet d'une part de maximiser la région de stabilité associée et d'autre part de déterminer le gain stabilisant du correcteur. La technique, initialement appliquée au problème du positionnement de la caméra par rapport à une cible fixe, est ensuite étendue au suivi d'une cible mobile en considérant la vitesse inconnue de la cible comme une perturbation bornée en énergie. L'intérêt de ce type de résultat, pour l'élaboration de stratégies de navigation d'un robot mobile pa r enchaînement de tâches référencées capteurs, est ensuite mis en évidence. Plusieurs exemples d'enchaînement de tâches sont tour à tour considérés et simulés sur la base d'un modèle de robot à roues muni de capteurs de proximité et supportant une caméra montée sur une platine orientable en azimut.