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Journée GT2 « Robotique marine et sous-marine »

15 novembre 2017, ISIR-UPMC

Tour 65-66, salle 304 

4 Place Jussieu, 75005 Paris 

 

9h00 Accueil café

 

9h20 Introduction et tour de table (V. Creuze et F. Plumet)

 

9h30  Mise en orbite d’une bouteille à la mer robotisée autour de l’île d’Ouessant

Thomas Le Mézo, Luc Jaulin, Benoit Zerr, ENSTA Bretagne.

Dans un contexte d’augmentation des enjeux de monitoring de l’environnement marin (industriels, scientifiques et de défense), l’utilisation de meutes de drones marins apparaît comme une solution pour couvrir de vastes étendues, parfois hostiles, 24h/24. Or, l’utilisation d’un groupe de robots implique une baisse des coûts de chaque unité et une diminution de leur taille pour des raisons logistiques. Il apparaît alors un problème concernant leur capacité d’emport énergétique qui est un des principaux enjeux de leur plus large utilisation.

Nous proposons d’essayer d’utiliser les courants marins comme force principale de propulsion d’une nouvelle classe de drones marins. De manière similaire à un satellite qui choisirait la bonne trajectoire pour être attiré alternativement par une planète ou sa voisine, il est imaginable de choisir la bonne veine de courant, et ce, au bon moment pour parcourir de grandes distances. Cependant, nous ne disposons que d’une connaissance approximative de l’évolution de ces veines de courants. Il est possible de prédire l’évolution des masses d’eau à grande échelle mais la prévision fine des courants est beaucoup plus difficile et incertaine. De nouveaux outils théoriques prenant en compte ces incertitudes sont donc nécessaires pour permettre de calculer correctement des trajectoires garanties.

 

10h00 SLAM monoculaire pour la localisation de robots sous-marins

Maxime Ferrera, ONERA / LIRMM.

L’utilisation de robots sous-marins pour l’archéologie sous-marine s’est fortement développée du fait de leur capacité à évoluer en eaux profondes. Les équipes archéologiques ont recours à l’utilisation de mini sous-marins aussi appelés ROV (Remotely Operated underwater Vehicle) pour la cartographie des sites archéologiques et le prélèvement d’objets. Ces robots sont télé-opérés grâce aux informations fournies par différents capteurs (caméras, capteur de pression, capteur inertiel, sonars, etc.). Toutefois, la précision de ce mode de navigation est limitée par les estimations du pilote sur les déplacements du robot et ses positions par rapport au site étudié.

Afin de rendre plus efficace la supervision des sites archéologiques, nous nous intéressons au développement d'une méthode d'égo-localisation visuelle pour de tels robots. Notre objectif est de remonter une estimation de la pose du robot (position 3D + orientation) relative au site archéologique à tout instant à partir des données provenant principalement d'une caméra embarquée.

Contrairement aux milieux terrestres ou aériens, la localisation à partir d'une caméra en milieu sous-marin a fait l’objet de relativement peu de travaux. Les méthodes de SLAM visuel terrestre ou aériens ayant désormais atteint une certaine maturité, nos travaux se sont donc focalisés sur leur adaptation  sous-marine, en tenant compte des contraintes spécifiques de cet environnement.

 

10h30 Asservissement visuel appliqué au contrôle de forme d'ombilicaux pour la robotique sous-marine

Matheus Laranjeira, COSMER, Université de Toulon.

Les câbles ombilicaux sont utilisés pour alimenter et transférer des données à des robots sous-marins téléopérés. Malgré son importance et son rôle parfois fondamental, les ombilicaux sont aussi connus pour entraver les mouvements des robots et pour limiter leur espace de travail dans des environnements encombrés. Est-il possible de gérer la forme de l'ombilical et de tirer profit de sa présence pour mieux contrôler les  mouvements d'un robot ? Dans cette étude, un nouveau schéma d'asservissement visuel pour des objets déformables en forme de chaînette est introduit afin de contrôler la forme paramétrique d'un ombilical. Dans la plupart des approches d'asservissement visuel, l'objet cible est fixe et éloigné du robot contrôlé. Au contraire, dans cette problématique, l'objet est déformable et attaché au robot, ce qui entraîne un changement de sa forme dans l'espace au cours du déplacement du robot.

 

11h00 Architecture modulaire et générique pour drones maritimes autonomes.

Magali Barbier, Eric Bensana, Xavier Pucel (ONERA)

L’objectif du projet H2020 SWARMs (2015-2018) est de permettre l'intervention off-shore de véhicules inhabités disposant de moyens complémentaires : mesure par des véhicules sous-marins (AUV Autonomous Underwater Vehicle), surveillance, relais et mesure par des véhicules de surface (USV Unmanned Surface Vehicle) et intervention par des véhicules téléopérés (ROV Remotely Operated Vehicle).

L’ONERA développe pour ces drones une architecture logicielle intégrant les fonctions de planification des tâches reçues du haut niveau en actions, de supervision de l'exécution de ces actions et de monitoring de l'état du véhicule ou de l'environnement permettant de réagir en temps réel à des événements en modifiant le plan courant (perte partielle ou totale d’un capteur, défaut de propulsion, courant trop fort...)

Cette architecture intitulée RSOA (Robot System Onboard Architecture) est basée sur le middleware ROS (Robot Operating System) et est connectée d’une part au Centre de Commande de la mission par des liaisons wifi (véhicule en surface) ou acoustique (véhicule en plongée) et d’autre part à la plateforme véhicule. Les liaisons entre les véhicules et le Centre de Commande utilisent le middleware DDS (Data Distribution Service).

La simulation d'une mission de huit véhicules implémentant cette architecture a permis de valider le prototype sur un scénario de surveillance de zones (cf. figures). Une version réduite de l'architecture a également été implémentée sur deux ROV et un USV qui ont participé aux expérimentations en mer Noire en Roumanie en juillet 2017. Les expérimentations sur d’autres véhicules (AUV, USV) auront lieu en Norvège en 2018, sur un scénario de détection et de caractérisation de plumes de pollution.

Nous présenterons l’architecture actuelle, les résultats et les perspectives.

 

11h30 Mini robot sous-marin « ouvert » pour la recherche et l’industrie

Aurélien Majorel, OIS.

http://www.oceaninnovationsystem.com/#Produit

 

12h00 : pause déjeuner

 

14h00 : H2020 BRIDGES Deep et UltraDeep Explorer AUV gliders

Michael Field, Laurent Mortier, LOCEAN, UPMC.

Le H2020 projet européen BRIDGES (8M€,19 partenaires) a pour but de developper et qualifier en mer deux nouveaux prototypes de drones sous-marins de type glider et des charges utiles complexes capables d’atteindre jusqu’à des profondeurs de 6 000m. Ces prototypes et leurs charges utiles de capteurs innovants permettront de fournir des services dans cinq marchés clés (recherche, surveillance, biotechnologies, industries offshores, explication des ressources minérales) avec un niveau élevé d’autonomie grace aux systèmes de gestion de mission à bord du véhicule et à terre.

Après 30 mois de vie du projet de 48 mois total, la phase de conception s’est terminée et la fabrication et validation des prototypes et de leurs capteurs est en cours, tandis que le développement des systèmes logiciels se terminent. Les prototypes complets sont en bonne voie pour une livraison et des essais en mer à la fin du projet (2019). Une première commercialisation des véhicules est envisagée à partir de 2020-2021.

http://www.bridges-h2020.eu/

 

14h30 Présentation du HROV

Sébastien Ragot, IFREMER / PRAO, La Seyne-sur-mer.

 

15h00 Identification des paramètres des bras manipulateurs du HROV Ariane

François Leborne, IFREMER / LIRMM.

This paper deals with the dynamic modeling and identification of an electrically driven underwater robot ma- nipulator. The proposed study includes the dynamic modeling of the actuators of the arm as well as the identification of the parameters of the model. The proposed method deals with the specific case of heterogeneously actuated arms, namely arms with actuators behaving differently for each joint, being considered at the kinematic level. Indeed, we show how to estimate the arms parameters when some of their revolute joints are directly actuated by geared motors, while the others are actuated by linear actuators. A minimum set of identifiable parameters is determined, and adequate excitation trajectories are generated and used in the identification procedure. Real- time experimental validation on the manipulator arms of Ifremer's Hybrid ROV (Remotely Operated Vehicle) Ariane underwater vehicle demonstrates that the proposed method improves the estimation of the dynamic model.

 

15h30 Commande en boucle fermée de micro-robots nageurs à faible nombre de Reynolds

Ali Oulmas, ISIR et FEMTO

Les micro-robots nageurs sont très prometteurs dans plusieurs domaines. Grâce à leur taille, ils peuvent accéder à des endroits très restreints et manipuler des micro-objets. Dans le domaine médical, ils peuvent donner lieu à la médecine mini-invasive comme la délivrance de médicament ciblé pour des cellules défectueuses. Dans le domaine industriel, ils peuvent être utilisés dans le transport, le tri et voire même l’assemblage des microcomposants.

À l’échelle micro, la physique est fondamentalement différente. Ainsi, pour se propulser, les micro-robots nageurs imitent le comportement des microorganismes comme les spermatozoïdes et les bactéries. Ces microsystèmes peuvent être actionnés par des champs magnétiques externes pour se déplacer dans un fluide visqueux comme le sang. Dans la littérature, la partie conception et optimisation est plus ou moins maitrisée. Cependant, la commande reste assez simple et pas assez robuste. En général, c’est des commandes en boucle ouverte.

La présentation sera sur la réalisation d’une commande en boucle fermée dans l’espace 3D pour améliorer la précision de ces robots nageurs (Figure 1), de les rendre robustes aux perturbations environnementales et d’atteindre une certaine répétabilité afin de réaliser des tâches réelles. Les perturbations comme les effets de bord et les changements de température modifient fortement les conditions du problème. En effet, à l’échelle micro, un micro-objet se déplaçant proche d’une surface solide, est attiré ou repoussé par ce bord. En plus, les bruits thermiques changent la viscosité du liquide, et comme la dynamique de ces micro-robots dépend fortement des propriétés du fluide, donc, c’est une perturbation majeure à compenser.

 

16h00 Estimation de formes par électro-location

Sylvain Lanneau, Frédéric Boyer et Vincent Lebastard, Laboratoire des Sciences du numérique de Nantes.

 

16h30 Optimisation de la propulsion d’un ASV

Maxence Blond, LIRMM.

 

17h00 Estimation d’efforts de manipulation, projet ANR SeaHand

Vincent Creuze, LIRMM.

Le projet SeaHand, porté par l’Institut PPrime de Poitiers, a démarré en 2015 et a pour vocation la conception d’un système robot + main avec restitution de l’ensemble des efforts (poignet et doigts) pour la fouille archéologique à grande profondeur (1000 mètres). Dans cet exposé, nous présenterons une méthode d’estimation des efforts perçus par le ROV, porteur de la main. Des expérimentations sur le ROV Léonard seront présentées.

http://anr-seahand.prd.fr/

 

17h20 Actualités GDR

 

17h30 Fin de la journée

 

 

 

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