Modélisation incrémentale et localisation par amers pour la navigation d'un robot mobile autonome en environnement naturel - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1996

Modélisation incrémentale et localisation par amers pour la navigation d'un robot mobile autonome en environnement naturel

Résumé

This thesis deals with natural environment modelling and autonomous mobile robot localisation. The environment, unknown or partially known, is incrementally perceived by the robot with a 3D sensor (laser range finder or stereovision). Application of this work are intervention mobile robotics and planetary exploration. A first part specifies the properties that the environment model should possess and provides a critical analysis of the different representations studied in the litterature. The proposed approach is then introduced. It is based on a decomposition of the environment in two entities: the ground and the objects. The second part deals with the modelling of a perception. It explains how the robot segments the ground and the objects from 3D images and illustrates this process with numerous examples using data coming from different sensors and scenes. A geometrical model is computed independently for each object and topological relations (characterizing their layout) are established between them. Specific objects, called landmarks, are selected on the basis of precision and distinction criteria. The robot computes a feature for each one (the top) and its precision according the landmark shape and resolution. The third and last part deals with incremental modelling of the whole environment. After each perception, the robot recognizes the landmarks or a specific configuration of landmarks in the model. Using the matchings, it estimates both its own position and precision and the landmark's. The localisation and map building processes are achieved with an Extended Kalman Filter. Correlations between robot and objects are kept in order to maintain the consistency of the global map. Several experiments of incremental modelling are presented and analysed methodically. Robot and landmark positions as estimated by the system are compared with reference values, and the validity of the localisation and the built map are shown.
Cette thèse porte sur la modélisation d'environnements naturels et la localisation d'un robot mobile autonome. L'environnement, inconnu ou partiellement connu au départ, est perçu incrémentalement par le robot au moyen d'un capteur 3D (télémètre laser ou vision stéréoscopique). Les domaines d'application de ce travail se situent dans le cadre de la robotique mobile d'intervention et de l'exploration planétaire. Une première partie établit sous la forme d'un cahier des charges les caractéristiques que doit présenter le modèle de l'environnement et fait une analyse critique des différentes représentations étudiées dans la littérature. L'approche proposée est alors introduite et se base sur une décomposition de l'environnement en deux entités élémentaires: le sol et les objets. La deuxième partie porte sur la modélisation d'une perception. Elle précise comment le robot segmente le sol et les objets à partir des images 3D et l'illustre par de nombreux exemples sur des données issues de scènes et de capteurs différents. Un modèle géométrique est calculé indépendamment pour chacun des objets et des relations topologiques (caractérisant leurs dispositions relatives) sont établies entre eux. Des objets particuliers, appelés amers, sont sélectionnés sur la base de critères de précision et de distinction. Le robot identifie pour chacun d'eux leur sommet qui est une caractéristique reconnaissable et en calcule la position et l'incertitude en fonction de la forme de l'amer et de la résolution du capteur. La troisième et dernière partie traite de la modélisation incrémentale de l'ensemble de l'environnement. Après chaque perception, le robot cherche à reconnaître les amers ou une configuration d'amers dans le modèle. Les appariements trouvés lui permettent de réestimer à la fois sa position et son incertitude ainsi que celles des amers. Cette opération de localisation et de construction de la carte des amers est réalisée à l'aide du filtre de Kalman étendu. Le maintien des liens de corrélation entre les amers et le robot permet de conserver la cohérence globale de la carte. Plusieurs expérimentations de modélisation incrémentale sont présentées et analysées méthodiquement. Les positions estimées du robot et celles des amers sont comparées à des valeurs de reférences, notamment obtenues grâce à un théodolite laser, et permettent de conclure sur la validité des localisations et de la carte construite.
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Dates et versions

tel-00139789 , version 1 (03-04-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00139789 , version 1

Citer

Stéphane Betge-Brezetz. Modélisation incrémentale et localisation par amers pour la navigation d'un robot mobile autonome en environnement naturel. Automatique / Robotique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00139789⟩
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