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Conférence – La robotique : Mythes et réalités

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La robotique mythe et réalité

Plan de la présentation

La robotique : une évolution de plus dans l’histoire des sciences ?

Entre l’amélioration de l’outil…

  • La robotique : une extension de l’automatisation.

… et la conquête du mythe prométhéen

  • La tentation de donner l’intelligence et la vie à l’objet.
  • … et aller jusqu’à remplacer le vivant et même l’homme.

La robotique : définitions

L’outil : une prolongation du geste humain

  • L’automate : dispositif automatique au fonctionnement prédéterminé.

Le robot :

  • automate disposant de capteurs pour percevoir son environnement.
  • Définition Wikipedia : « Appareil effectuant, grâce à un système de commande automatique à base de micro-processeur, une tâche précise pour laquelle il a été conçu. »

L’homme :

  • Etre vivant capable d’interagir et de créer avec conscience.

Une typologie des robots actuels

Amélioration de l’outil : 

  • Les robots industriels :

La conquête du mythe prométhéen :

  • Les robots animaux
  • Les robots humanoïdes
  • Les robots industriels

Les robots industriels : une réalité

Un environnement parfaitement déterminé

  • Contexte idéal de spécialisation

L’excellence dans plusieurs disciplines technologiques

  • Des disciplines maitrisées
  • Faible besoin d’adaptabilité

Dépasse les capacités de l’homme dans bien des situations

  • Force – rapidité – précision – répétabilité…
  • Réduction des couts de production.

Une question : est-ce que ce sont réellement des robots ou des automates avancés ?

Les robots animaux : de grandes avancées

Des points communs avec les robots industriels : l’excellence dans plusieurs disciplines technologiques

  • Une mécanique parfaite et adaptée au contexte d’évolution.
  • Un contrôle-commande excellent.
  • Des capteurs performants… pouvant être supérieurs aux êtres vivants

Quel écart par rapport aux animaux réels ?

  • Effectuent des missions déterminées dans des conditions déterminées.
  • Adaptabilité incertaine et absence de capacité d’interactions avancées : ils ne cherchent pas à survivre.
  • Des capacités d’apprentissage limitées et absence de conscience.

Les robots Humanoïdes : le mythe du remplacement de l’homme

Un classe de robots très en retrait par rapport aux humains sur de nombreux plans

  • Manque d’adaptabilité aux différents contextes.
  • Complexité humaine difficile à reproduire.
  • Problème de la taille de la base de connaissances.

Le remplacement des humains par des robots : une utopie dans l’immédiat.

  • Les humanoïdes actuels paraissent bien limités.
  • Leur capacité d’insertion dans la société est aujourd’hui très faible.

De la typologie des robots actuels au retour du mythe de prométhée

Les robots industriels :

  • Supérieurs à l’homme et son outil dans bien des situations

Robots animaux et humanoïdes :

  • Dotés de technologies très performantes
  • Non dotés de conscience et donc de notion de justice ou de tempérance.
    • Absence moins préjudiciable chez les robots animaux.
    • Manque flagrant chez les humanoïdes, car il forme la base de l’acceptation des uns et des autres et du vivre ensemble.
  • L’erreur antique de Prométhée a été de nouveau commise, mais était-ce possible autrement ?

Aouts et faiblesses des robots… et réalité technologique

La robotique : mythe et réalité

Les atouts des robots

Une excellente maitrise des disciplines scientifiques cartésiennes

  • Électronique et capteurs
    • Capacités supérieures à celle des hommes : échantillonnage, précision, diversité des capteurs
  • Mécanique :
    • Usage de matériaux et de techniques de pointe : usinage, fabrication 3D,  composites…
  • Contrôle commande – automatisme :
    • Capacités supérieures à celles de l’homme : puissance de calcul, précision, reproductibilité…

Les faiblesses des robots

Une intelligence inégale par rapport à l’humain :

  • Des capacités de traitement et d’analyse hors du commun
    • Deep learning et Big Data : permet d’analyser une situation donnée par rapport à des millions d’autres situations déjà vues.
  • Mais une incapacité à posséder l’ensemble de la base expérimentale d’un humain.

Les faiblesses des robots

Une intelligence inégale par rapport à l’humain :

  • Une incapacité à se faire accepter
    • Problème de la ressemblance physique avec l’humain : théorie de la vallée de l’étrange
      • Un robot est plus facilement accepté si il ne ressemble pas à un humain ou si il ressemble parfaitement et au-delà d’une certain seuil.
    • Absence d’empathie

L’exemple du robot aspirateur

Le robot aspirateur : un trait d’union entre robotique industrielle et l’humain

  • Proche des systèmes industriels.
  • En interaction avec les humains.

Un constat :

  • Acheté par beaucoup de gens…
  • …et remisé au placard par beaucoup de gens.

La difficulté majeure : le besoin d’une connaissance immense

  • Arbitrer l’incertain entre un déchet et un objet important à conserver nécessite la base de connaissance d’un humain.
  • Difficile dans un système embarqué faible cout.

Robotique et société : Les 3 « lois » de Isaac Asimov

Les 3 lois d’origine

  • Un robot ne peut porter atteinte à un être humain, ni, en restant passif, permettre qu’un être humain soit exposé au danger ;
  • Un robot doit obéir aux ordres qui lui sont donnés par un être humain, sauf si de tels ordres sont en conflit avec la première loi ;
  • Un robot doit protéger son existence tant que cette protection n’entre pas en conflit avec la première ou la deuxième loi.

Un idéal à venir ?

  • L’application des lois d’Asimov suppose qu’un robot soit doué de capacités d’analyses élevées, voir de conscience…

… mais flou : la notion de porter atteinte, inclut-elle par exemple les facteurs sociaux ?

Robotique et impacts sociaux

Le remplacement de l’homme par le robot…

Aspects négatifs :

  • Suppressions d’emplois : une crainte présente et logique

Aspects positifs :

  • Lutter contre les délocalisations :
    • Réduction des couts de main d’œuvre et des produits : production, distribution…
    • Amélioration de la qualité : médecine, biologie…

Suppression de tâches pénibles pour les humains :

  • Interventions en zone difficiles, travaux à faible valeur ajoutée humaine.

Recentrage des emplois humains vers les spécificités humaines :

  • Abstraction – création – connaissance large – empathie…

… une transition difficile et laissant certaines personnes en dehors de l’emploi.

Robotique et questions éthiques

Quelle est la limite entre l’humain et de robot ?

  • Intelligence ? Libre-arbitre ? Empathie ? Conscience collective ?

La quête du robot « humain » : un nouvel eugénisme ?

  • Une des spécificités de l’homme n’est-elle pas notre imperfection ?

La société peut-elle accepter un « humain de synthèse » doté de capacités largement supérieures à celle d’un humain ?

Peut-on confier notre existence à un robot ?

  • L’exemple des robots militaires :
  • Quelle interprétation des lois d’Asimov ?
  • Absence d’empathie ou de sentiments.

Régulation de la robotique : nécessaire ou nuisible au progrès ?

Robots en IUT – Conférence sur les enjeux de la robotique

Conférence sur les robots et les enjeux de la robotique en IUT : Télécharger la présentation

Les robots en IUT GEII

La robotique permet la mise en pratique des connaissances et compétences vues en DUT GEII, en les appliquant à la réalisation concrète de robots autonomes. Elle permet le croisement des différentes disciplines : électronique, informatique industrielle, automatique, électrotechnique et mécanique… Pratiquée dans le cadre de compétitions de robotique organisées entre IUT (Coupe de France des IUT) ou plus largement ouvertes (Eurobot par exemple), la robotique impose un respect strict d’un cahier des charges et des délais, ce que l’on rencontre dans peu de projets étudiants.

En outre, c’est un facteur d’émulation dans les départements GEII. Pour les étudiants et les équipes qui y participent, c’est aussi une véritable carte de visite pour l’avenir !

Les principes fondamentaux et les bases des robots en IUT

Cette présentation montre des bases de la réalisation électronique d’un robot mobile terrestre autonome. Les règles fondamentales, que sont la fiabilité et la simplicité, à respecter pour débuter et avancer en robotique sont détaillées.

Les aspects déplacements avec la motorisation à courant continu, et le pilotage par un hacheur sont abordés dans un premier temps. Le pilotage et la supervision, indispensables pour fiabiliser un robot sont vus ensuite. Le repérage dans l’espace est également ensuite avec diverses techniques : odométrie, balises, centrales inertielles… Enfin, des aspects avancés tels que la coopération sont esquissés dans cette présentation.

Bonne lecture !

Robots de l'IUT GEII de Toulon   Odomètre sur les robots de l'IUT GEII de Toulon   Carte électronique de pilotage des robots de l'IUT GEII de Toulon

Capteurs et bus terrain en robotique

La mesure des paramètres d’un système embarqué est une fonctionnalité qui se retrouve dans la grande majorité des systèmes actuels. En particulier les mesures de position, vitesse et accélération sont très communes.
Les composants permettant ces mesures sont le plus souvent interfacés avec un microcontrôleur via un bus terrain de type I2C ou SPI. Nous proposons dans cette page des ressources permettant de mieux comprendre cet interfaçage. Des exemples de code adaptés au PIC24 ou aux dsPIC sont fournis.

Driver SPI générique pour dsPIC33 :

Driver I2C générique pour dsPIC33 :

  • Télécharger ustv_i2c.c et ustv_i2c.h
  • Note d’utilisation : l’I2C est un bus typiquement non fiable, qui se fige de manière aléatoire. Dans ce cas, des procédures doivent être mise en oeuvre une fois le figeage détecté. La détection de ces blocages est prévue dans le driver ci-dessus, elle nécessite pour fonctionner l’appel de la fonction IncrementI2CAntiBlockCounter, depuis un timer à une fréquence de 1kHz.

Capture de mouvement :

Télémètre à ultra-sons :

 

Cartographie et localisation simultanées (Simultaneous Localization And Mapping – SLAM)

Après avoir traité de l’odométrie, de la trajectographie et de l’asservissement (voir l’article sur le positionnement et l’odométrie), et de l’interfaçage d’un télémètre laser à balayage de type RPLIDAR (voir l’article sur le LIDAR), nous nous proposons dans cet article de réunir les deux au sein d’un même projet afin de récupérer les cartes 2D de l’environnement du robot en temps réel grâce au microcontrôleur dsPIC, l’odométrie toujours grâce à ce microcontrôleur et de fusionner ces informations pour remplir une carte fixe de l’environnement dans laquelle évoluera le robot.

slam_robotics

La réalisation de cette partie sera décrie dans le détail ultérieurement, en attendant voici les codes embarqué et en C# permettant d’effectuer cette localisation et cartographie simultanée. Il est à noter que le coût total du robot servant à ce projet avoisine les 500€, ce qui reste très limité pour une tâche assez complexe à effectuer en robotique.

Odométrie, trajectographie et asservissement PID sur microcontrôleur

L’odométrie, la reconstruction de trajectoire et l’asservissement en vitesse sont trois fonctionnalités importantes en robotique.

Les codes proposés dans cette page de ressources sont utilisés pour une séance de projet permettant de mettre en oeuvre de l’odométrie d’un robot mobile terrestre sur DsPIC. Le sujet du TP est disponible en téléchargement, il s’agit d’un sujet global, mais la partie qui concerne l’odométrie et l’asservissement se situe à la fin : Télécharger l’énoncé du projet

La partie déplacements du projet permet de mettre en oeuvre l’odométrie, de valider des algorithmes de positionnement, et de mettre en oeuvre un asservissement P, PI ou PID.

Pour cela, du code est fourni pour la partie embarquée, et pour l’interface de visualisation et validation des algorithmes en C#. Cette dernière permet le pilotage du robot à l’aide d’une manette de jeu et le contrôle des variable internes du module QEI utilisé pour l’odométrie :

Une solution pour la partie odométrie est fournie ci-dessous, mais elle n’est à utiliser qu’en dernier recours, le projet perdant son intérêt sinon :
_ARCHIVE_ER_ADC_PWM_Pilotage_UART_Protocol_Navigation_Odometrie.X

Une solution intégrant également la partie correcteur PID est également proposée ci-dessous :
_ARCHIVE_ER_ADC_PWM_Pilotage_UART_Protocol_Navigation_Odometrie_Asservissement.X

Ressources pour le C#

Vous trouverez ci quelques ressources utilisées pour les projets C# de pilotage et supervision de robots mobiles.

csharp

Bibliothèque de création de jeux XNA :

La bibliothèque pour VS2015 (mais qui fonctionne également avec VS 2013) est en téléchargement ici : XNA Game Studio 4.0.5 VS 2015

Pour l’utiliser :

  • décompresser le fichier rar
  • Installer les programmes de chacun des 4 répertoires de l’archive, ainsi que XNA Game Studio 4.0.

Affichage de courbes en temps réel :

La bibliothèque suivante est basée sur la librairie ZedGraph. Elle permet d’afficher simplement des courbes, polygones et points dans des applications C# en quelques lignes de code.

Télécharger la bibliothèque ZedGraphNavigatorDll

Pour l’utiliser :

  • Importer les fichiers ZedGraphNavigatorDll.dll et ZedGraph.dll dans les références du projet
  • Ajouter à la boite à outils ZedGraphNavigatorDll.
  • Insérer dans le Winform un composant ZedGraphNavigatorDll, on l’appellera par exemple ZedGraphNavigator1
  • Pour créer un oscillo en temps réel ayant un nombre de points affichés limités, il faut :
    • Ajouter au créateur du formulaire :
      var rpl = new RollingPointPairList(500); //Création d’une liste de points de taille 500
      zedGraphNavigator1.LineCreate(« RobotTrace », rpl, System.Drawing.Color.BlueViolet, 2); //Création d’une ligne associée nommée RobotTrace
    • Quand vous souhaitez ajouter des données point par point :
      zedGraphNavigator1.LineAddSingleData(« RobotTrace », X, Y);
    • Quand vous souhaitez remplacer l’ensemble de la courbe par une autre :
      zedGraphNavigator1.LineUpdateData(« RobotTrace », ListX, ListY); //ListX et ListY sont de type List<double>

 

Ressources pour les DSPIC33

Afin de simplifier vos recherches, vous trouverez ici des documentations sur le DSPIC33 utilisé en classe en projet.

IMG_8839

Ces ressources sont classées par périphérique.

Le module QEI (Quadrature Encoder Interface) :

 

Télémètre laser à balayage RP-LIDAR

Le télémètre Laser RPLidar, permet pour environ 300 € de disposer d’un télémètre laser à balayage fonctionnant à environ 6 tours par seconde,
Lien vers le site du constructeur :

Ressources pour les projets basés sur le RPLidar. Chaque partie constitue le corrigé des questions posées sur la base de la partie précédente. Veillez à les télécharger au fur et à mesure et à ne pas regarder par avance la solution proposée :

  • 1ère partie : Projet C# permettant de mettre en oeuvre l’interfaçage d’un RpLidar : RpLidar_Base_Project
  • 2ème partie : Projet C# permettant d’afficher la carte en 2D de l’environnement du robot : RpLidar_Grabbing_Project
  • 3ème partie : Projet C# permettant d’afficher la carte en 2D de l’environnement du robot et la carte des points accessibles en toute sécurité : RpLidar_GrabbingAndPostProcessing_Project

 

Ressources pour les projets en études et réalisation de 2e année d’IUT GEII

Vous trouverez ci-dessous différentes ressources utilisées en projet d’étude et réalisation de 2e année d’IUT GEII à Toulon :

Énoncé de projet en études et réalisations : Télécharger l’énoncé

Librairies pour le le code orienté objet en C#

  • Librairie intégrant Zedgraph et différentes fonctionnalités d’affichage en C# : Lien de téléchargement
  • Librairie permettant l’utilisation du clavier en mode Keylogger : Lien de téléchargement
  • Ressources pour l’usage du télémètre lasser à balayage RP-LIDAR : Lien

Robot IUT Bot – Base Mobile

Afin d’aider les équipes à participer à la coupe de robotique des IUT, l’IUT GEII de Toulon met à disposition les fichiers .STL de ses pièces mécaniques permettant d’habiller les châssis des robots fournis par l’IUT de Cachan.

Cet habillage se compose de plusieurs parties, à assembler à l’aide de vis de 4mm principalement. Il permet de monter :

  • des télémètres infrarouge (6 points de fixation prévus : trois devant, trois derrière) de type Sharp 2Y0A21YK0F ou équivalent (lien Digikey).
  • des bumpers de détection de collision (3 à l’avant, 3 à l’arrière). Les switchs utilisés pour la détection des chocs sont les suivants : SS-5GL (lien Digikey). A noter que le sens d’insertion des switchs doit être respecté pour un fonctionnement optimal.
  • un LIDAR de type RPLIDAR (Découvrir)
  • Des odomètres montés sur roues codeuses libres. Le codeur est de type CUI AMT 102 (lien Digikey). Il est monté sur un support mobile (en rouge). Une roue codeuse (imprimée en 3D) et porteuse d’un joint torique est fixée sur ce support à l’aide d’un roulement de type roulement de roller de diamètre intérieur 8 mm, d’épaisseur 7 mm et de diamètre extérieur 22 mm. Le support mobile est en liaison glissière avec le pourtour chassis latéral, il est repoussé au sol par un ressort situé entre la traverse en rose et le support mobile en rouge. Ce ressort est facile à trouver : ressort de stylo.
  • n’importe quel autre capteur ou actionneur : de nombreux trous sont percé avec un pas de 10 mm et au diamètre 4 mm un peu partout dans l’habillage du châssis.
  • La batterie au plomb réglementaire.

Les fichiers STL du chassis sont téléchargeables ici. Nous les avons imprimés à l’IUT GEII de Toulon sur une Ultimaker 2.

Les fichiers de réalisation de la balise infrarouge viendront bientôt !

Base_mobile_1 Base_mobile_2 Base_mobile_bottom Base_mobile_coupe_codeur Base_mobile_top

Conférence – La robotique : Mythes et réalités

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Robots en IUT – Conférence sur les enjeux de la robotique

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Projet de robot autonome pour les coupes de robotique sur dsPIC33

Vous trouverez dans cette page l’ensemble des ressources nécessaires au projet de robot autonome sur dsPIC réalisé en cours.

Capteurs et bus terrain en robotique

Ressources pour les capteurs et bus terrains en robotique

Cartographie et localisation simultanées (Simultaneous Localization And Mapping – SLAM)

Le SLAM (Simulatenous Localization And Mapping) permet à un robot de se localiser dans l’espace et de reconstruire la carte du monde autour de lui. Des ressources permettant de la mettre en oeuvre à coût réduit sur microcontrôleur sont proposées ici afin de mettre en oeuvre cette fonction importante de la robotique.

Odométrie, trajectographie et asservissement PID sur microcontrôleur

L’odométrie, la reconstruction de trajectoire et l’asservissement en vitesse sont trois fonctionnalités importantes en robotique. Les ressources permettant de les mettre en oeuvre dans des microcontrôleurs, sont proposées ici.

Télémètre laser à balayage RP-LIDAR

Ressources pour l’usage des télémètres laser RP-LIDAR : driver série, post-processing simples de filtrage de la carte des distances en vue de faire du SLAM

Robot IUT Bot – Base Mobile

Afin d’aider les équipes à participer à la coupe de robotique des IUT, l’IUT GEII de Toulon met à disposition les fichiers .STL de ses pièces mécaniques permettant d’habiller les châssis des robots fournis par l’IUT de Cachan.

Internet des objets : Licence Pro SARII – IUT GEII Toulon

Cours sur les objets connectés enseigné en License Professionnelle SARII à l’IUT GEII, Université de Toulon

Mécatronique : SeaTech / ISEN (5A)

Cours de Mécatronique enseigné en spécialités robotique et smart energy à SeaTech, à l’ISEN Toulon et à l’ENSTA – ParisTech,