Le document présente une introduction à la robotique, définissant le terme 'robot' et abordant les différents domaines scientifiques impliqués dans le développement des systèmes robotisés. Il met en lumière l'importance de la mécatronique, de l'électronique, de l'intelligence artificielle et du contrôle dans la conception et le fonctionnement des robots, ainsi que diverses applications pratiques de la robotique. Enfin, il souligne l'interdisciplinarité requise pour l'ingénierie robotique et les innovations dans ce secteur.

1. École Polytechnique de TunisieRoboCEPTSéance N°01Introduction à la robotiquePrésentée par :Rostem M’HEDHBIÉlève ingénieur en troisième année, Ecole Polytechnique de Tunisie Option : Signaux et systèmesAnnée universitaire : 2010-2011

2. Introduction à la robotiquePlan de la présentationMise en contexte et quelques définitionsDomaines sous-jacentsExemples d’application2

3. Introduction à la robotiqueMise en contexte et quelques définitionsD’où vient le terme robot?Terme introduit par Karel Capek, auteur Tchèque, dans sa pièce Russel’s Universal Robots, en 1921. Le terme viendrait des mots tchèques robota (travail) et robotnik (ouvrier). Le terme a été repris et grandement popularisé par Isaac Asimov.3

4. Introduction à la robotiqueMise en contexte et quelques définitionsD’où vient le terme robot?Terme introduit par Karel Capek, auteur Tchèque, dans sa pièce Russel’s Universal Robots, en 1921. Le terme viendrait des mots tchèques robota (travail) et robotnik (ouvrier). Le terme a été repris et grandement popularisé par Isaac Asimov.Définition simple et générale du terme robot?Avec la variété de robots développés aujourd’hui, il est difficile de définir ce terme très spécifiquement. Une définition très générale est appropriée.Robot: système autonome programmé pour exécuter une ou plusieurs tâches.4

5. Introduction à la robotiqueMise en contexte et quelques définitionsQu’est-ce que la robotique?Dans un cadre général, c’est tout simplement l’étude et l’utilisation des systèmes robotisés.5

6. © NASA JPLIntroduction à la robotiqueMise en contexte et quelques définitionsQu’est-ce que la robotique?Dans un cadre général, c’est tout simplement l’étude et l’utilisation des systèmes robotisés.Qu’est-ce qu’un robot mobile?Contrairement à un bras robotisé, qui est généralement contraint à travailler dans une zone de travail fixe et restreinte, un robot mobile peut naviguer dans son environnement et ainsi étendre sa zone de travail.6

7. Introduction à la robotiqueMise en contexte et quelques définitionsIntérêt de la robotique mobilePour qu’un robot mobile soit en mesure de naviguer de façon autonome dans son environnement, il lui faut compter sur plusieurs éléments techniques essentiels : plate-forme mécatronique agile, lien de communication à haut débit, processus décisionnel évolué, système de perception adéquat, etc.7

8. Introduction à la robotiqueMise en contexte et quelques définitionsIntérêt de la robotique mobilePour qu’un robot mobile soit en mesure de naviguer de façon autonome dans son environnement, il lui faut compter sur plusieurs éléments techniques essentiels : plate-forme mécatronique agile, lien de communication à haut débit, processus décisionnel évolué, système de perception adéquat, etc.Ainsi donc, la robotique mobile met en pratique des concepts provenant d’une multitude de domaines scientifiques.8

9. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacentsÀ la base, trois disciplines du génie sont principalement impliquées dans le développement des systèmes robotisés: le génie mécanique

10. le génie électrique

11. le génie informatique9

12. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacentsÀ la base, trois disciplines du génie sont principalement impliquées dans le développement des systèmes robotisés: le génie mécanique

13. le génie électrique

14. le génie informatiqueLe développement d’un robot demande un travail d’équipe efficace et une bonne coordination entre des gens provenant de différents domaines.10

15. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – MécatroniqueLa mécatronique est à la base de la conception de tout ce qui permet au robot d’agir sur son environnement et elle peut également servir à améliorer la perception du robot: plates-formes motrices, outils manipulateurs, caméra mobile, etc.11

16. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – MécatroniqueLa mécatronique est à la base de la conception de tout ce qui permet au robot d’agir sur son environnement et elle peut également servir à améliorer la perception du robot: plates-formes motrices, outils manipulateurs, caméras articulées, etc.12

17. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – Électronique Pour qu’un robot soit en mesure de percevoir son environnement, de prendre des décisions et de contrôler ses actuateurs, il lui faut une multitude de circuits électroniques.13

18. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – Électronique Pour qu’un robot soit en mesure de percevoir son environnement, de prendre des décisions et de contrôler ses actuateurs, il lui faut une multitude de circuits électroniques.14

19. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – Électronique Pour qu’un robot soit en mesure de percevoir son environnement, de prendre des décisions et de contrôler ses actuateurs, il lui faut une multitude de circuits électroniques.15

20. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – Électronique Pour qu’un robot soit en mesure de percevoir son environnement, de prendre des décisions et de contrôler ses actuateurs, il lui faut une multitude de circuits électroniques.Un robot est souvent doté de circuits électroniques à différentes échelles, allant du circuit VLSI au prototype monté sur une plaquette.16

21. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – Intelligence artificielleÀ partir du moment qu’un robot prend une décision autonome, nous pouvons parler de système intelligent. L’intelligence artificielle, à travers différentes techniques et algorithmes, permet l’implantation de mécanismes intelligents: apprentissage, comportements dynamiques et adaptatifs, recherche de chemin, travail en coopération, etc.Les réseaux de neurones sont fréquemment utilisés en robotique mobile pour résoudre des problèmes variés.17

22. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – Contrôle Le contrôle est un domaine vaste et riche de plusieurs dizaines d’années de recherche, principalement basée sur des raisonnements mathématiques. Il en découle des méthodes et des règles formelles qui sont couramment utilisées dans une multitude de systèmes. Le contrôleur de vitesse d’une automobile et le pilote automatique d’un avion de ligne sont des exemples d’utilisation. La boucle PID est probablement la méthode de contrôle la plus populaire.18

23. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – Informatique Un robot est généralement muni d’une unité de traitement d’information (microcontrôleur ou ordinateur) lui permettant de percevoir, de réfléchir et d’agir en temps-réel. Les deux langages les plus répandus sont l’assembleur (robots à microcontrôleurs) et le C/C++ (robots avec ordinateurs embarqués).Les développements en robotique mobile sont intimement reliés aux développements du domaine de l’informatique. 19

24. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – Chimie et physiqueLa chimie et la physique peuvent être impliquées dans la conception de différents capteurs. Par exemple, la vision artificielle fait couramment référence à des notions d’optique.20

25. Introduction à la robotiqueDomaines sous-jacents – Chimie et physiqueLa chimie et la physique peuvent être impliquées dans la conception de différents capteurs. Par exemple, la vision artificielle fait couramment référence à des notions d’optique.21

26. Introduction à la robotiqueSystème typiqueLa robotique, c’est compliqué??Beaucoup moins que ça en a l’air…Un robot est un système composé d’une multitude de sous-systèmes jouant des rôles spécifiques. Généralement, chacun de ces sous-systèmes est relativement simple.Le bon fonctionnement d’un robot est en grande partie dû à une interaction simple et fonctionnelle entre les différents sous-systèmes. Une bonne vue d’ensemble est essentielle.22

27. MoteurContrôleurInterfacevers circuitsEDC/DC: numérique: analogique: puissanceBatteriesvers AmpliIntroduction à la robotiqueSystème typique – Électronique AmpliOrdinateurInterfaceCapteursx N actuateurs23

28. PerceptionRéflexion+DécisionActionpilotes, circuits d’interfaceCapteursActuateursIntroduction à la robotiqueSystème typique – Logiciel 3 éléments de base de tout logiciel de contrôle:24

29. Introduction à la robotiqueExemples d’applicationRobots génériques pour projets de rechercheIl existe différentes plates-formes commerciales relativement simples visant à offrir un outil de développement bien adapté pour différents projets de recherche: développement d’algorithmes de navigation, de systèmes multi-robots, de contrôle de haut niveau, etc.Les robots les plus répandus à l’heure actuelle proviennent de l’entreprise ActivMediaRobotics: http://www.activrobots.com25

30. Introduction à la robotiqueExemples d’applicationRobots génériques pour projets de rechercheIl existe différentes plates-formes commerciales relativement simples visant à offrir un outil de développement bien adapté pour différents projets de recherche: développement d’algorithmes de navigation, de systèmes multi-robots, de contrôle de haut niveau, etc.Les robots les plus répandus à l’heure actuelle proviennent de l’entreprise ActivMedia Robotics: http://www.activrobots.comCes plates-formes étant relativement simples, il est relativement facile d’en faire la conception et de se fabriquer son propre prototype.26

31. Introduction à la robotiqueExemples d’applicationSystèmes robotisés à vocation militaireLes guerres mettant des vies humaines en jeu, la robotique peut jouer un rôle important dans ce domaine. Une panoplie d’applications sont possibles. Quelques exemples: Missiles autoguidés

32. Véhicules de reconnaissance

33. Véhicules de guerre autonomes

34. Atterrissage autonome sur porte-avionsLa quantité de ressources impliquée dans le développement de ce type de systèmes est gigantesque. Les résultats sont heureusement souvent applicables à d’autres systèmes.27

35. Introduction à la robotiqueExemples d’applicationRobots d’inspection sous-marineDifférents robots mobiles, généralement téléopérés d’où l’appellation Remotely Operated Vehicle (ROV), ont été développés dans le but d’inspecter des lieux ou ouvrages sous-marins difficilement ou dangereusement accessibles par des plongeurs humains.Les robots sous-marins demandent du matériel spécialisé très coûteux. Le milieu sous-marin facilite une navigation tridimensionnelle stable et peu énergivore.28

36. Introduction à la robotiqueExemples d’applicationRobots d’inspection sous-marineROV3 développé par des chercheurs d’Hydro-Québechttp://www.hydroquebec.com/technologie/ireq/fiches/pr_rov3.html29

37. Introduction à la robotiqueExemples d’applicationRobots d’inspection sous-marineL’entreprise Deep Ocean Engineering commercialise plusieurs véhicules sous-marins30http://www.deepocean.com/

38. Introduction à la robotiqueExemples d’applicationRobots d’inspection sous-marineAutres entreprises commercialisant des robots sous-marins: Perry Slingsby Systems (http://www.slingsby-engineering.co.uk)

39. Oceaneering International, Inc. (http://www.oceaneering.com)