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Chercheur post-doctoral sur l'analyse des singularités des asservissements visuels H/F

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Informations générales

Référence : UMR6004-SEBBRI-001
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : jeudi 2 mai 2019
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 18 mois
Date d'embauche prévue : 2 septembre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : entre 2643€ et 3047€ brut mensuel selon expérience
Niveau d'études souhaité : Doctorat
Expérience souhaitée : Indifférent

Missions

La détermination des cas de singularité qui peuvent apparaître dans l'asservissement visuel (et plus généralement dans les contrôleurs référencés capteurs) [1] est un défi énorme [2], mais c'est un défi crucial pour éviter les problèmes de contrôlabilité dus à la perte de rang de la matrice d'interaction [3]. En raison de la complexité du problème, l'obtention d'une interprétation géométrique des configurations conduisant à des conditions de singularité se limite généralement à quelques rares méthodes d'asservissement, telles que l'asservissement visuel des points dans l'image [2].

Pour résoudre ce problème, l'approche habituelle de l'asservissement visuel dans l'image consiste à observer des points supplémentaires et à utiliser dans le schéma de commande soit leurs coordonnées cartésiennes [4][5], soit d'autres paramétrages [6]-[8], soit des combinaisons comme les moments [9]. La prise en compte de caractéristiques supplémentaires conduit à une représentation non minimale du système et à l'apparition de minima locaux [3] dont la détermination est également un défi de taille. De plus, même l'utilisation de caractéristiques supplémentaires n'exclut pas la présence de singularités en général [10]. Il est donc crucial de pouvoir déterminer les cas de singularité. Cependant, cela est généralement empêché par la complexité des équations à analyser.

Récemment, nous avons introduit un concept appelé "robot caché" [11]. Ce concept a d'abord été utilisé pour déterminer les cas de singularité d'un contrôleur basé vision dédié aux robots parallèles [12]. Il a été prouvé dans [11] que les cas de singularité de [12] sont trouvés en considérant que l'asservissement visuel impliquant l'observation des directions des jambes est équivalent à la commande d'un autre robot "caché" dans le contrôleur. Ce robot caché est une visualisation tangible de la cartographie entre l'espace d'observation et l'espace cartésien. Par conséquent, les solutions de son modèle géométrique direct sont identiques à celles du problème de localisation 3D lié à l'observation des directions des jambes. De plus, les configurations singulières du robot caché correspondent aux singularités de la matrice d'interaction. En trouvant cette corrélation, il a donc été possible d'étudier les singularités de la matrice d'interaction, en utilisant des outils avancés utilisés dans la communauté du génie mécanique (par exemple, l'algèbre de Grassmann-Cayley [13] et/ou la géométrie de Grassmann [14]). L'intérêt d'utiliser ces outils est qu'ils sont (la plupart du temps) capables de fournir des interprétations géométriques simples des cas de singularité. Ce concept a ensuite été généralisé à tous les types de robots parallèles utilisant la classe de contrôleurs précitée [10],[15].

Plus récemment, nous avons étendu ce concept à des classes plus générales de contrôleurs, non dédiés aux robots parallèles (n points d'image [16] (n > 2) et 3 droites dans l'image [17]).

L'objectif des travaux de recherche est d'étudier les cas de singularité de plusieurs classes de contrôleurs génériques qui n'ont pas encore été étudiés. Nous commencerons par l'asservissement de n droites dans l'image (n > 3), puis nous continuerons avec l'asservissement d'autres primitives géométriques (cercles, ellipses, segments), leurs combinaisons, ainsi que l'utilisation de capteurs multiples. L'objectif est également d'étudier les contrôleurs basés sur des primitives plus complexes, comme les moments dans l'image [9].

[1] S. Hutchinson, G. Hager, and P. Corke, “A tutorial on visual servo control,” IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol. 12, pp. 651–670, 1996.
[2] H. Michel and P. Rives, “Singularities in the determination of the situation of a robot effector from the perspective view of 3 points,” INRIA, Tech. Rep., 1993.
[3] F. Chaumette and S. Hutchinson, Visual Servoing and Visual Tracking, chapter 24 of Handbook of Robotics. Springer, 2008.
[4] J. Feddema, C. Lee, and O. Mitchell, “Automatic selection of image features for visual servoing of a robot manipulator,” in Proceedings of the 1989 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 1989), Scottsdale, may 1989, pp. 832–837.
[5] F. Janibi-Sharifi and W. Wilson, “Automatic selection of image features for visual servoing,” IEEE Transactions on Robotics, vol. 13, no. 6, pp. 890–903, 1997.
[6] M. Iwatsuki and N. Okiyama, “A new formulation for visual servoing based on cylindrical coordinate system,” IEEE Transactions on Robotics, vol. 21, no. 2, pp. 266–273, 2005.
[7] P. Corke, “Spherical image-based visual servo and structure estimation,” in Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2010), Anchorage, may 2010, pp. 5550–5555.
[8] M. Liu, C. Pradalier, and R. Siegwart, “A bearing-only 2D/3D-homing method under a visual servoing framework,” in Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2010), Anchorage, may 2010, pp. 4062–4067.
[9] O. Tahri and F. Chaumette, “Point-based and region-based image moments for visual servoing of planar objects,” IEEE Transactions on Robotics, vol. 21, no. 6, pp. 1116–1127, 2005.
[10] V. Rosenzveig, S. Briot, P. Martinet, E. O¨ zgu¨r, and N. Bouton, “A method for simplifying the analysis of leg-based visual servoing of parallel robots,” in Proc. 2014 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA 2014), Hong Kong, China, May 2014.
[11] S. Briot and P. Martinet, “Minimal representation for the control of Gough-Stewart platforms via leg observation considering a hidden robot model,” in Proceedings of the 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2013), Karlsruhe, Germany, May, 6-10 2013.
[12] N. Andreff, A. Marchadier, and P. Martinet, “Vision-based control of a Gough-Stewart parallel mechanism using legs observation,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA'05, Barcelona, Spain, April 18-22 2005, pp. 2546–2551.
[13] P. Ben-Horin and M. Shoham, “Singularity analysis of a class of parallel robots based on Grassmann-Cayley algebra,” Mechanism and Machine Theory, vol. 41, no. 8, pp. 958–970, August 2006.
[14] J.-P. Merlet, Parallel Robots, 2nd ed. Springer, 2006.
[15] S. Briot, P. Martinet, and V. Rosenzveig, “The hidden robot: an efficient concept contributing to the analysis of the controllability of parallel robots in advanced visual servoing techniques,” IEEE Transactions on Robotics, vol. 31, no. 6, pp. 1337–1352, 2015.
[16] S. Briot, F. Chaumette, and P. Martinet, “Revisiting the determination of the singularity cases in the visual servoing of image points through the concept of “hidden robot”,” IEEE Transactions on Robotics, 2017, Vol. 33, No. 2.
[17] S. Briot, P. Martinet, and F. Chaumette “Visual Servoing of Three Image Lines: Cases of Singularity,” IEEE Robotics and Automation letters, 2017, Vol. 2, No. 2, pp. 412-419.

Activités

- identification des cas d'étude à traiter et résolution des problèmes de singularités associés
- animation scientifique sur le sujet dans l'équipe ARMEN, et plus généralement au sein du projet SESAME
- participation aux réunions du projet SESAME et présentation des résultats
- écriture d'articles scientifiques
- participation à l'encadrement d'étudiants de master et au doctorat

Compétences

- Les profils attendus des candidats pourraient être de deux types : soit des chercheurs travaillant sur la cinématique de robots parallèles avec de fortes compétences en méthodes algébriques (en particulier les bases de Groebner) pour résoudre des systèmes de polynômes, soit des chercheurs travaillant sur des méthodes algébriques avancées mais avec un fort intérêt pour transférer leurs connaissances à des cas d'application physique.
- Les candidats doivent également faire preuve de capacité à intégrer rapidement une équipe multi-site composée de 7 chercheurs et 2 doctorants travaillant sur le domaine proposé.
- Les compétences suivantes sont également attendues : autonomie, capacité à rendre compte, capacité d'analyse et de synthèse, aptitudes rédactionnelles et capacité à rédiger des articles, capacité à communiquer et à argumenter, maîtrise de l'anglais et du français tant à l'écrit qu'à l'oral, capacité à encadrer des étudiants.

Contexte de travail

Le Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N) est une nouvelle unité mixte de recherche (UMR 6004).
Fort d'un fort talent scientifique au cœur des sciences numériques, ce grand laboratoire de 450 personnes participe pleinement à la révolution numérique de notre société sur les sujets scientifiques et techniques qu'elle met en œuvre, mais conscient des défis sociétaux qu'elle engendre, tout en restant curieux et ouvert aux autres disciplines.
La complexité des objets de recherche étudiés oblige également les chercheurs de LS2N à adopter une approche systémique globale dans laquelle s'entremêlent les préoccupations informatiques, le contrôle automatique, le traitement du signal et de l'image afin de répondre aux questions posées par des systèmes ouverts, interactifs, communicants et omniprésents. Le laboratoire est un acteur de l'innovation qui valorise ces objets avec des partenaires dans son environnement.

Le travail sera effectué dans l'équipe ARMEN du LS2N. Cette équipe s'intéresse à l'autonomie des robots et la maîtrise de leurs interactions avec l'environnement. Entre autres choses, les chercheurs d'ARMEN développent de nouveaux asservissements référencés capteurs et cherchent à maîtriser leurs performances, ce qui passe par l'étude de leurs singularités.

Le travail s'intègre dans le cadre du projet SESAME, financé par l'ANR, et qui a pour partenaires le LS2N, l'IRISA et le LIP6, et qui regroupe une quinzaine de participants. SESAME cherche à résoudre des problèmes liés au faut que les contrôleurs référencés capteurs ont montré qu'ils ont des performances intéressantes, cependant ces performances ne sont nullement garanties, ce qui constitue un obstacle majeur à la généralisation de leur utilisation à grande échelle. Cela est lié au fait que, malgré trois décennies de recherche sur le sujet, deux grandes catégories de problèmes ont été peu explorées :
- L'étude des singularités des contrôleurs référencés capteurs
- L'étude de leur stabilité.
Dans ce sujet de recherche, nous nous concentrerons sur le premier aspect, c'est-à-dire l'étude des contrôleurs référencés capteurs.

Contraintes et risques

Aucune contrainte ou risque particulier

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