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Navigation d'un robot mobile en environnement inconnu utilisant les champs de potentiels artificiels

Sfeir, Joe (2009). Navigation d'un robot mobile en environnement inconnu utilisant les champs de potentiels artificiels. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce projet traite de la navigation d’un robot mobile en environnement inconnu. Le but est de développer une méthode complète qui permet de commander un robot à atteindre un but en évitant des obstacles imprévus en utilisant le moins de moyens possibles en terme de capteurs et de puissance de calcul. Il s’agit aussi de minimiser la période de réglage qui précède l’exécution de la tâche en développant une approche objective qui calcule les paramètres requis de manière automatique.

L’approche développée se base sur la méthode des champs de potentiels artificiels (APF) qui consiste à considérer que le but crée une force virtuelle qui attire le robot alors que les obstacles en crée une qui le repousse. Les méthodes basées sur les APF sont intéressantes de par leur simplicité mais présentent certains inconvénients qui font entre autre que la trajectoire peut présenter des oscillations indésirables.

Une nouvelle forme du potentiel de répulsion est proposée pour réduire les oscillations et pour éviter les conflits lorsque le but est proche d’un obstacle. Une force additionnelle est aussi proposée qui permet d’améliorer la qualité de la trajectoire dans certains cas d’ambiguïté.

Avec la nouvelle forme des potentiels, une méthode de calcul objectif des paramètres est proposée. Cette méthode fixe des critères d’optimisation et calcule les paramètres en fonction.

La théorie développée est mise à l’épreuve à travers des simulations et des résultats pratiques. Les simulations sont faites sur Matlab dans un environnement contrôlé, alors que les essais pratiques sont effectués sur un robot réel (Pioneer 3AT) dans un environnement moins idéal. Le modèle du robot utilisé est aussi détaillé afin de mettre en contexte les conditions de l’expérimentation.

Titre traduit

Mobile robot navigation in an unknown environment using artificial potential fields

Résumé traduit

This project deals with the navigation of a mobile robot in an unknown environment. The aim is to develop a complete method that allows controlling a robot to reach its goal while avoiding unknown obstacles on its way using the least amount of computational or sensing resources. It is also aimed at minimizing the tuning period before the execution of the task at hand, by developing an objective approach that computes the required parameters in an automatic fashion.

The approach developed is based on the Artificial Potential Field (APF) method in which the target creates a virtual force that attracts the robot while obstacles create a virtual force that repels the robot. APF-based methods are interesting because they are simple to implement; however, they have some inherent limitations that create trajectory oscillations, among other things.

A new form of repelling potential is proposed in order to reduce oscillations and to avoid conflicts when the target is close to obstacles. An additional force is proposed as well, allowing for a smoother trajectory around the obstacles.

With the new form of potentials, an objective computation method for the algorithm’s parameters is proposed. It uses optimization criteria to determine the adequate value of those parameters.

The theory developed is tested by simulations and experimentation on a real robot. Simulations are done using Matlab in a controlled environment, while practical experimentation is done on a real robot (Pioneer 3AT) in a less then ideal real environment. The robot’s model is also detailed in order to put the conditions of the experimentation into context.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la production automatisée" Bibliogr : f. [111]-112.
Mots-clés libres: Robots mobiles Navigation. 3at, apv, artificiel, champ, environnement, inconnu, matlab, pioneer, potentiel, simulation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Saad, Maarouf
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Saliah-Hassane, Hamadou
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 19 août 2010 13:01
Dernière modification: 17 janv. 2017 02:23
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/81

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