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Commande des déplacements

by roland.lenain — Dernière modification 29/07/2010 15:57

Mis à jour le 14 juin 2010

Commande des déplacements

Afin d'asservir avec précision le robot mobile sur la trajectoire désirée, il est nécessaire de prendre en compte les dynamiques importantes (liées à la vitesse) et incertaines (liées à l'interaction variable avec l'environnement). En effet l'utilisation de techniques de commande classiques amènent à des pertes de précision importantes voire à des instabilités (tête à queue), compte tenu des mauvaises conditions d'adhérence rencontrée et des vitesses considérées. Afin d'intégrer ces phénomènes, un approche fusionnant plusieurs techniques de commandes est proposée, à la fois sur la commande en vitesse de rotation des roues et les angles de braquage:

Répartition de la vitesse de rotation des roues

Ce premier algorithme a pour objectif de modifier le comportement apparent du robot pour que celui-ci ait une attitude proche du comportement théorique sans glissement. En œuvrant indépendamment sur les vitesses d'avance de chacune des roues par l'intermédiaire d'un modèle dynamique de véhicule à 4 roues, le rôle de la commande est de faire converger la vitesse de lacet mesurée vers la vitesse théorique calculée sous hypothèse d'adhérence totale des roues. Il en résulte un glissement diminué, permettant d'une part d'améliorer la motricité globale (évitement des situations de tête à queue) et d'autre part d'optimiser le fonctionnement des algorithmes de commande des trains directeurs (suivi de trajectoire).

 Im02

Commande adaptative

Afin de prendre en compte les glissements résiduels (si le contrôle indépendant des roues est activé) ou complet, un algorithme de contrôle adaptatif de suivi de trajectoire, référencé observateur a été développé. Basé sur un modèle cinématique étendu (modèle bicyclette augmenté des angles de dérives), permettant de considérer les mauvaises conditions d'adhérence, une loi de commande est tout d'abord synthétisé, autorisant un suivi précis dès lors que les angles de dérives sont correctement estimé.

 Im03

Pour alimenter ce modèle, un observateur est mis en place. Compte tenu de la dynamique du robot à vitesse élevé l'utilisation d'une approche cinématique pure (même étendue) se révèle trop peu réactive. Ainsi, un observateur multi-modèles a donc été mis en œuvre afin de tirer partie de la réactivité des approches dynamiques, tout en réduisant le nombre de paramètres requis grâce au point de vue cinématique. Le schéma globale de cette approche est résumé sur le schéma ci-dessous.

Im04 

Cet algorithme permet de s'adapter non seulement à des variations des conditions d'adhérence (nature et propriétés), mais aussi de tenir compte de la nature non linéaire des conditions de contact roues/sol.

Commande prédictive

De telles approches réactives permettent un contrôle précis du robot en régime établi (ligne droite, courbure constante, pente constante), mais se révèle imprécise en phase transitoire compte tenu de la dynamique élevée et des retards inévitables des actionneurs. Pour conserver une bonne précision y compris durant les transitoires un étage prédictif, tirant partie de la trajectoire désirée (connue à l'avance) est ajouté pour l'asservissement de courbure. A chaque instant de commande (ici 10Hz et bientôt 20Hz), la position probable future du robot par rapport à sa trajectoire est calculée. La courbure de la trajectoire dans le future est extraite et un angle de braquage a priori en est déduit. A partir de cette consigne a priori, la procédure de commande dans le future est déduite, afin de rallier ce point au mieux considérant le temps de réponse des actionneurs et la dynamique du robot et de sa commande.

 Im05

 

Il en résulte un comportement anticipant les variations de courbure (l'ordre de braquer les roues est envoyées un temps avant le virage) pour que le robot aborde la courbe dans les meilleurs conditions

Résultats

Video1

Video2

Video3

Video4

Différentes configurations entre ces algorithmes ont été testés sur le robuFAST (robot rapide préliminaire), jusqu'à 8m/s en terrain naturels (voir vidéos). Les résultats montre une précision de suivi de trajectoire proche des objectifs du projet (1/10ième de la vitesse), et indépendante des conditions d'adhérence, de la géométrie du terrain et de la forme de la trajectoire (si celle-ci est compatible avec les performance du robot).

 Im06

 Im07

 

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