Graphic Simulation of a Biped Robot in a Structured Environment
Simulation graphique d'un robot bipède dans un environnement structuré
Résumé
In this thesis, we deal with the design and implementation of a simulator for an anthropomorphic biped robot in an environment. Such simulators are important for validating robotics controls developed for real biped robots. We model a biped robot and animate it with walking cycles provided by motion capture. We complete these walking cycles by computing transient motions for the start and the stop of the robot. For this purpose, we use a method based on cubic polynomial interpolation, which respects constraints related to robot foot motions (coherence of the motion and non penetration in the ground). We thus obtain complete motion for our robot in its environment. We assume that the environment is unknown to the robot and simulate proximity sensors to allow the robot to perceive its environment. These sensors give the distance between the robot and local objects. This local perception is used for obstacle detection and collision avoidance. The robot must also modify its behavior according to the environment. For instance, when it encounters stairs, the robot has to climb or descend the stairs. We must then provide it with simple object recognition. We compute the perceived environment profile from the distances detected by the sensors, and develop an object recognition algorithm based on this profile. Once these functions of walking, perception and recognition are provided to the robot, we study the placement of the sensors on the robot, in order to determine the best configuration that minimizes the number of sensors and maximizes object detection. We finally realize an entire simulation of the biped robot that walks in an environment, and whose walking motion adapts to this environment based on its sensor feedback.
Cette thèse porte sur la réalisation d'un simulateur pour un robot anthropomorphe bipède dans un environnement. Les roboticiens ont besoin d'un tel simulateur pour valider leurs lois de contrôle développées pour un robot bipède réel. Nous modélisons ce robot et nous l'animons avec des cycles de marche issus de la capture de mouvements. Nous complétons ces cycles de marche en calculant les mouvements transitoires de départ et d'arrêt du robot. Pour cela, nous utilisons une méthode basée sur l'interpolation de polynômes cubiques et respectant des contraintes liées aux mouvements des pieds du robot (cohérence du mouvement et non pénétration dans le sol). Nous obtenons ainsi des mouvements complets pour faire marcher notre robot dans son environnement. Comme cet environnement est inconnu du robot, nous modélisons sa perception au moyen de capteurs proximétriques, qui donnent la distance entre le robot et les objets locaux. Cette perception locale est utile pour la détection d'obstacles, afin d'éviter toute collision du robot avec son environnement. De plus, le robot doit modifier son comportement en fonctionde l'environnement. Par exemple, lorsqu'il rencontre des escaliers, il doit pouvoir les monter ou les descendre. Il lui faut donc une certaine reconnaissance des objets. Nous calculons alors le profil de l'environnement perçu à partir des distances détectées par les capteurs, et nous proposons un algorithme de reconnaissance d'objets basé sur ce profil. Une fois que ces fonctions de marche, de perception et de reconnaissance sont fournies au robot, nous étudions le placement des capteurs sur le robot, afin de déterminer la meilleure configuration pour laquelle le nombre de capteurs est minimal pour une détection maximale des objets dans l'environnement. Enfin, nous réalisons une simulation complète du robot bipède évoluant dans un environnement, dont le mouvement de marche est contrôlé en fonction de ce qui est perçu par les capteurs.
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