Thèse soutenue

Contrôle d’objets déformables linéaires pour la manipulation robotisée de cultures
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Auteur / Autrice : Omid Aghajanzadeh
Direction : Youcef Mezouar
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Robotique
Date : Soutenance le 07/12/2022
Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roland Lenain, Juan Antonio Corrales Ramón, Christophe Cariou, Belhassen-Chedli Bouzgarrou, Rosario Aragüés
Rapporteurs / Rapporteuses : Omar Tahri, Alexandre Krupa

Résumé

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De nombreux domaines peuvent beneficier de l’apport de la robotique pour realiser des travaux difficiles et repetitifs, ou requerant une precision particuliere. A ce titre, de nombreux robots sont aujourd’hui exploites pour executer une grande variete de taches avec des objets rigides. En revanche, malgre l’abondance d’objets deformables autour de nous, la manipulation d’objets deformables (en anglais : deformable objects ou DO) a recu beaucoup moins d’attention, notamment du fait de la necessaire adaptation des fonctions robotiques a la variabilite des proprietes d’interactions avec l’environnement.Les objets lineaires deformables (en anglais : linear deformable object ou LDO) sont un type de DO tres present dans l’industrie en general et l’agriculture en particulier. Pourtant, trouver une technique appropriee pour controler ce type d’objet reste un defi important en raison de leur nombre eleve de degres de liberte (en anglais : degrees of freedom ou DOF). Ainsi, l’objectif de cette these est de developper des methodes de contrôle pour traiter le probleme d’asservissement de forme. Meme si les contributions de cette these peuvent etre utilisees dans de nombreux domaines, la principale application que nous considerons dans cette these est l’agriculture. En effet, dans ce contexte, de nombreux objets peuvent etre consideres comme des LDOs, tels que les branches ou les plantes.Le defi important lors de la manipulation de ces objets est de pouvoir les positionner selon une forme desiree, afin de realiser differentes actions (taile, cueillette, traitement, etc). La question qui peut se poser ici est de savoir comment les robots peuvent effectuer correctement les taches de deformation avec des LDO alors qu’une large gamme de caracteristiques differentes existe, ainsi qu’une forte variabilite de leurs proprietes. Une autre problematique est que le suivi de leur forme complete est difficilement envisageable pendant le processus de deformation, tandis que dans certain cas, il est necessaire de suivre et de controler la forme entiere. Sur la base des problemes mentionnes, cette these cherche a repondre a deux questions de recherche : (1) comment les robots peuvent-ils deformer un LDO sans percevoir sa forme entiere ? (2) comment les robots peuvent-ils deformer la forme entiere de l’objet sans connaitre au prealable les caracteristiques de l’objet ?Pour repondre a la premiere question, nous proposons deux methodes pour manipuler les objets sans percevoir leur forme entiere. Tout d’abord, nous proposons un modele geometrique hors ligne pour controler la forme d’objets lineaires elastiques, qui developpe une methode de calcul de la jacobienne de deformation en se basant sur la forme de l’objet au repos. Cette methode presente certaines limites et ne peut etre utilisee avec une large gamme d’objets. Ainsi, a l’aide d’un algorithme adaptatif, nous proposons une approche plus generique pour controler un point arbitraire sur la longueur d’un objet sans avoir recours a la matrice jacobienne. Cette methode peut suivre une trajectoire de manipulation souhaitee pour atteindre la forme cible. Pour la deuxieme question, nous proposons d’abord une methode de controle optimale en utilisant une estimation en ligne d’une jacobienne de deformation pour controler la forme entiere des objets en utilisant un algorithme geometrique. Ensuite, nous etendons la methode adaptative pour controler la forme entiere. Dans cette methode, nous n’avons pas besoin de disposer d’un modele geometrique de l’objet. Afin de valider les methodes presentees, des simulations numeriques et des experiences en reel sont menees pour evaluer leurs performances.