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Emergences

Lettre d'information n° 07

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Le robot commandé par l'image

Doter un robot d'une caméra peut l'aider à effectuer de multiples tâches. L'Inria travaille sur l'asservissement visuel depuis 20 ans. Visite guidée de la plate-forme robotique rennaise, avec Fabien Spindler, son responsable technique, ingénieur Inria.

Doter un robot d'une caméra peut l'aider à effectuer de multiples tâches. L'Inria travaille sur l'asservissement visuel  depuis 20 ans. Visite guidée de la plate-forme robotique rennaise, avec  Fabien Spindler, son responsable technique, ingénieur Inria.

"La robotique peut être abordée sous plusieurs angles. Les chercheurs de l'équipe projet Lagadic (1) se sont spécialisés dans l'asservissement de systèmes robotiques par l'image." Ce qu'en anglais, on appelle le visual servoing. "Nos recherches portent sur les  domaines applicatifs de l'automobile, la médecine, l'industrie manufacturière et, plus récemment, de l'aéronautique et du spatial. Nous disposons de trois plates-formes pour valider ces travaux", explique Fabien Spindler en ouvrant la porte de la salle technique. La première plate-forme, CyCab est une voiture expérimentale (2). Pas encore de phare, mais une caméra montée sur une rotule multi-directionnelle. Une pan-tilt, comme on dit dans le jargon.

Des chercheurs mettent au point une application de déplacement automatique du véhicule en environnement urbain à l’aide de la vision. "Une des expériences, consiste à conduire le véhicule à un endroit en enregistrant des images le long du parcours. La voiture est ensuite capable de refaire ce trajet de manière autonome" grâce aux éléments du paysage mis en mémoire. "C'est par la vision que la machine acquiert son autonomie." Ce système de navigation par reconnaissance visuelle s'ajoute aux travaux du LASMEA de Clermont-Ferrand sur le guidage par GPS différentiel (3). "C'est une brique complémentaire qui peut se substituer à d'autres formes d'asservissement, par exemple pour pallier un défaut momentané de transmission GPS."
 

Echographie robotisée

La plate-forme de robotique médicale, elle, comprend deux bras manipulateurs "utilisés en particulier pour des recherches sur les gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur (4). Nous pouvons par exemple mettre en oeuvre une sonde échographique portée par l’un des deux robots équipé d'un capteur d'effort." Sous le regard d'une caméra déportée, le bras articulé applique la sonde sur le corps du patient avec une pression définie. Des travaux portent sur "la reconstruction d’échographies 3D à partir de la position de la sonde et d’une série de coupes 2D, mais également sur le positionnement automatique de la sonde à l’aide d’informations extraites de l’image échographique. De tels outils permettaient d'offir à un médecin expert des fonctionnalités interactives pour améliorer la qualité du diagnostic à distance."

D'autres travaux concernent la commande du robot pour stabiliser l’image échographique. Les chercheurs explorent actuellement ces thèmes dans le cadre de deux projets collaboratifs financés par l'ANR. Le premier, Prosit, traite de la TER : la télé-échographie-robotisée pour automatiser certaines tâches de positionnement de la sonde à partir de l’information contenue dans l’image échographique. Le second, USComp, vise à développer, dans un contexte peropératoire, une compensation automatique des mouvements physiologiques du patient en stabilisant l’image échographique via le robot actionnant la sonde.

Autre objectif à plus long terme : "faire collaborer les deux robots. L'un déplacera la sonde échographique pour compenser les mouvements de respiration du patient. L'autre, après synchronisation, actionnera, par exemple, une seringue à biopsie." Le but ? "Que le robot prépositionne la seringue à l'endroit idéal, grâce aux images fournies par la sonde. Après compensation des mouvements du patient, un chirurgien qui voit la tumeur sur son écran peut ainsi cibler précisément l'endroit qu'il souhaite traiter tout en contrôlant l’insertion de l’aiguille par l’image échographique."


Robots manufacturiers

Sequence2.jpgDémonstration vidéo (format Real)

La troisième plate-forme : des robots manufacturiers. Des machines "comme on peut en voir dans de nombreuses usines." Seule différence apparente : une caméra au-dessus de la pince pneumatique. Expérimental ? "Plus tout à fait. Cette pince entre en service chez BA Systèmes, une entreprise qui fabrique le robot de manutention RobM@rket."  Un simple clic sur l'écran et le bras articulé part à la recherche des repères visuels placés sur l'objet dont il doit s'emparer. Une boîte de jus d'orange ou une pièce usinée. "Dans l'industrie ou l'agro-alimentaire, les applications sont nombreuses."  Mission accomplie. Le bras appréhende l'objet et vient le placer sur le point de cible désigné. Une chorégraphie rapide mais tout en douceur car "le bras reçoit un ordre tous les 1/60ème de seconde. Nous envoyons une nouvelle commande au robot après chaque image produite par la caméra. Si nous avions des caméras plus rapides, nous pourrions d'ailleurs encore accélérer le pilotage."

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Notes :

(1) L'équipe est dirigée par François Chaumette directeur de recherche Inria, qui publia sa thèse sur la relation vision/commande en 1990.

(2) Les scientifiques de l’INRIA ont mis au point le Cycab, un prototype avancé de petite voiture électrique permettant de développer des recherches sur le véhicule autonome.  A Rennes, Lagadic y contribue dans le cadre de CityVIP, un projet ANR rassemblant 7 autres partenaires : LASMEA, INRIA/Equipe projet Arobas à Sophia-Antipolis, UTC Heudyasic, XLim, IGN, BeNomad, LCPC. L'Inria participe aussi à CityMobil, consortium européen travaillant sur des systèmes avancés de transport urbain.

(3) Le DGPS est une amélioration du GPS utilisant un réseau de stations fixes qui transmettent l’écart entre les positions indiquées par les satellites et leurs positions réelles connues.

(4) GMCAO : gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur.