Contrôle redondant de la position d'un robot par capteurs externes. Applications en milieux médical et industriel - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1996

Contrôle redondant de la position d'un robot par capteurs externes. Applications en milieux médical et industriel

Résumé

Safety issues are of prime importance in using robots in some sensitive applications. We classify the possible incidents and the partial solutions that exist in various robotic fields. We particularly detail two applications of interest : the guiding of a medical intervention and the inspection of a steam boiler in a power plant. We aim at checking, in a global way, the correct accomplishment of the planified task. Thus we attempt to control the robot position by means of external sensors. That is why we study different kinds of position sensors that would be possible and then we suggest a solution that consists in drawing some passive markers on the robot and then in controlling their position by means of video cameras. To proceed so, it is necessary to first calibrate the different components of the system. The intrinsic calibration of the cameras is studied in detail and we choose a method that uses two calibration planes. We extend this method to cameras with a variable focal length. Once the cameras are calibrated, their position in the environment has to be determined. We suggest one specific solution for both of our applications. The last calibration step consists in determining the position of each marker with respect to the robot link it belongs to. This is a similar problem to the ''hand-eye calibration''. We particularly study two classic methods that we improve by minimizing a global error on a sizeable data set. By combining all these steps, we can predict the markers position, and then check it thanks to an appropriate image processing. Experiments have been conducted in order to prove the feasability of the project and to estimate the possible accuracy.
Les problèmes de sécurité constituent le principal obstacle à l'utilisation de robots dans des applications sensibles. Nous répertorions ces problèmes et les solutions partielles qui y sont apportées dans divers domaines d'application de la robotique. Nous détaillons en particulier deux applications qui nous intéressent : le guidage d'un geste médico-chirurgical et l'inspection d'un bol de générateur de vapeur dans une centrale nucléaire. Notre objectif consiste à vérifier de manière globale la bonne exécution de la tâche planifiée. Nous cherchons donc à contrôler la position du robot au moyen de capteurs externes. Aussi étudions-nous les divers types de capteurs de position envisageables avant de proposer une solution qui consiste à apposer des marqueurs passifs sur le robot et à surveiller leur position au moyen de caméras vidéo. Cette manière de procéder implique le calibrage préalable de chacun des composants du système. Nous étudions en détail les méthodes de calibrage intrinsèque de caméras et adoptons une méthode multi-plans que nous étendons au calibrage de caméras à focale variable. Les caméras étant calibrées intrinsèquement, nous proposons une solution pour les recaler par rapport à l'environnement spécifique de chacune de nos deux applications. La dernière phase de calibrage consiste à repérer la position d'un marqueur par rapport au segment du robot qui le porte. Ce problème est tout à fait similaire à la détermination de la position d'une caméra portée par un robot. Nous étudions particulièrement deux solutions classiques dont nous améliorons la précision en minimisant une erreur globale sur un ensemble important de données. Toutes ces étapes étant réalisées, la position des marqueurs peut être prédite, puis vérifiée grâce à un traitement d'images approprié. Des expérimentations complètes ont été menées en vue de montrer la faisabilité du projet et d'évaluer la précision que l'on peut espérer.
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Dates et versions

tel-00005012 , version 1 (23-02-2004)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00005012 , version 1

Citer

Agnés Poyet. Contrôle redondant de la position d'un robot par capteurs externes. Applications en milieux médical et industriel. Autre [cs.OH]. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00005012⟩
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