Stratégie de transition entre localisation autonome et localisation intérieure de haute précision pour un robot mobile manipulateur

Lapointe, Alexandre (2026). Stratégie de transition entre localisation autonome et localisation intérieure de haute précision pour un robot mobile manipulateur. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire étudie la transition de localisation d’un robot mobile manipulateur entre une localisation autonome et une localisation de haute précision fournie, dans une zone instrumentée, par un système de localisation intérieure destiné à la métrologie. L’objectif est de conserver une navigation autonome hors de cette zone et d’exploiter la mesure externe lorsque le robot s’y trouve, sans perturber les repères requis pour la navigation et la manipulation. Le travail est mené sur le RanGen, une base mobile à quatre roues directrices portant un bras Kinova équipé pour exploiter cette mesure externe.

Il traite du jumeau numérique, de l’intégration de cette mesure au bras, de la calibration des repères et de la transition entre sources globales de localisation. L’hypothèse de travail est qu’une architecture de transition, fondée sur des interfaces ROS 2 cohérentes et des calibrations géométriques, peut relier navigation autonome, localisation de haute précision et manipulation locale. Les méthodes combinent modélisation numérique, intégration ROS 2, calibrations rigides et essais comparés sur le robot réel.

Les résultats montrent une continuité fonctionnelle entre la simulation et le robot réel. En manipulation, une boucle de correction de la pose du bras fondée sur la mesure externe réduit la RMSE 3D d’environ 7,7 mm à 1,7 mm. En navigation, la localisation de haute précision réduit l’erreur médiane aux poses cibles Nav2 de 78,0 mm à 3,5 mm, et l’erreur de lacet de 2,17◦ à 0,24◦. La démonstration finale valide l’enchaînement entre la navigation autonome, la transition vers cette localisation de haute précision et l’exécution d’une tâche d’assemblage par le bras robotique. Le mémoire conclut que cette transition est fonctionnelle dans le contexte expérimental étudié. Les suites recommandées portent sur la robustesse du dispositif de mesure externe monté sur le bras et sur la définition d’un critère de décision permettant de déterminer quand le robot doit revenir à sa localisation autonome lorsque cette mesure n’est plus disponible ou n’est plus suffisamment fiable.

Titre traduit

Localization transition strategy from autonomous localization to high-precision indoor localization for a mobile manipulator robot

Résumé traduit

This thesis studies the localization transition of a mobile manipulator between autonomous localization and high-precision localization provided, in an instrumented area, by an indoor localization system designed for metrology. The objective is to preserve autonomous navigation outside this area and to use the external measurement when the robot is inside it, without disrupting the reference frames required for navigation and manipulation. The work is conducted on the RanGen, a four-wheel-steering mobile base carrying a Kinova arm equipped to use this external measurement.

It addresses the digital twin, the integration of this measurement with the arm, frame calibration, and the transition between global localization sources. The working hypothesis is that a transition architecture, based on consistent ROS 2 interfaces and geometric calibrations, can connect autonomous navigation, high-precision localization, and local manipulation. The methods combine digital modeling, ROS 2 integration, rigid-body calibrations, and comparative tests on the real robot.

The results show functional continuity between simulation and the real robot. In manipulation, a feedback loop correcting the arm pose based on the external measurement reduces the 3D RMSE from about 7.7 mm to 1.7 mm. In navigation, the high-precision localization reduces the median error at the Nav2 target poses from 78.0 mm to 3.5 mm, and the yaw error from 2.17◦ to 0.24◦. The final demonstration validates the sequence linking autonomous navigation, the transition to this high-precision localization, and the execution of an assembly task by the robotic arm. The thesis concludes that this transition is functional in the experimental context studied. Recommended future work concerns the robustness of the external measurement setup mounted on the arm and the definition of a decision criterion for determining when the robot should return to autonomous localization if this measurement is no longer available or no longer sufficiently reliable.

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 avec mémoire en génie de la production automatisée". Comprend des références bibliographiques (pages 119-123).
Mots-clés libres:	robot mobile manipulateur, localisation intérieure de haute précision, transition de localisation, jumeau numérique, métrologie, manipulation robotique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur(-trice) St-Onge, David
Codirecteur:	Codirecteur(-trice) de mémoire/thèse Birglen, Lionel
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt:	23 sept. 2026 14:57
Dernière modification:	23 sept. 2026 14:57
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/4094

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