Cours de robotique

Leçon 1 • Sécurité et éthique en robotique

Couvre les normes de sécurité fonctionnelle, l'évaluation des risques et les principes de déploiement éthique. Ancre tout travail technique ultérieur dans une pratique responsable.

Leçon 2 • Histoire et évolution des robots

Retrace la robotique des premiers automates aux systèmes autonomes modernes. Fournit un contexte pour comprendre pourquoi les architectures actuelles existent.

Leçon 3 • Classification et taxonomie des robots

Catégorise les robots par morphologie, mobilité et domaine d'application. Permet une communication précise sur les types de robots tout au long du cours.

Leçon 1 • Méthodes de cinématique inverse

Couvre les solutions de cinématique inverse analytiques et numériques, y compris les approches basées sur le jacobien. Les étudiants résolvent la cinématique inverse pour des poses cibles et gèrent les singularités.

Leçon 2 • Articulations, liaisons et degrés de liberté

Définit les articulations rotoïdes, prismatiques et sphériques et leurs contributions en degrés de liberté. Relie le choix de l'articulation à l'espace de travail et aux exigences de charge utile.

Leçon 3 • Cinématique directe et paramètres de Denavit-Hartenberg

Applique la convention de Denavit-Hartenberg pour déduire la pose de l'effecteur à partir des angles d'articulation. Les étudiants construisent des matrices de transformation pour des configurations de bras standard.

Leçon 4 • Conception de l'effecteur et de la pince

Examine les types de pinces, la mécanique de préhension et l'étalonnage du point central de l'outil. Relie les choix de conception mécanique aux performances de la tâche.

Leçon 1 • Capteurs proprioceptifs

Couvre les codeurs, les centrales inertielles et les capteurs de force-couple qui mesurent l'état interne du robot. Les étudiants intègrent les données des capteurs dans les boucles de rétroaction au niveau des articulations.

Leçon 2 • Capteurs extéroceptifs

Présente les caméras, le LiDAR, les capteurs ultrasoniques et infrarouges pour la perception de l'environnement. Relie le choix du capteur aux besoins de portée, de résolution et de latence.

Leçon 3 • Moteurs électriques et variateurs

Compare les moteurs à courant continu, sans balais et pas à pas en termes de couple, de vitesse et d'efficacité. Les étudiants adaptent les spécifications du moteur aux exigences de charge de l'articulation.

Leçon 4 • Actionneurs hydrauliques et pneumatiques

Explique les actionneurs à fluide pour les applications à force élevée et à compliance. Les oppose aux actionneurs électriques en termes de bande passante et de complexité de commande.

Leçon 1 • Conception et réglage du régulateur PID

Dérive les équations PID et applique les méthodes de réglage de Ziegler-Nichols et manuelles. Les étudiants implémentent et règlent un PID sur une articulation simulée.

Leçon 2 • Commande en force et impédance

Couvre les stratégies de commande compliant pour les tâches à contact riche telles que l'assemblage et le polissage. Fait le pont entre la commande de mouvement rigide et l'interaction physique.

Leçon 3 • Génération et suivi de trajectoire

Génère des trajectoires articulaires et cartésiennes lisses à l'aide de méthodes polynomiales et splines. Les étudiants évaluent l'erreur de suivi sous différents profils de mouvement.

Leçon 4 • Commande par espace d'état et commande moderne

Présente la représentation par espace d'état, le placement de pôles et la conception LQR. Étend la capacité de commande au-delà du PID à boucle simple pour les systèmes multi-articulations.

Leçon 1 • Fondamentaux du système d'exploitation pour robots

Présente les nœuds, topics, services et le graphe de calcul ROS. Les étudiants construisent un espace de travail ROS minimal et exécutent des exemples éditeur-abonné.

Leçon 2 • Paradigmes de programmation pour robots

Oppose les approches de programmation par apprentissage, par script et de niveau tâche. Aide les étudiants à choisir le paradigme adapté à une application donnée.

Leçon 3 • Tests, débogage et journalisation

Couvre les tests unitaires, la relecture de fichiers bag et les outils de visualisation pour diagnostiquer les défauts logiciels des robots. Développe des habitudes de débogage systématiques.

Leçon 4 • Environnements de simulation

Utilise des simulateurs physiques pour développer et valider le comportement du robot avant le déploiement matériel. Réduit les risques et accélère les cycles d'itération.

Leçon 1 • Estimation et suivi de pose

Estime la pose d'objets en 6 degrés de liberté à l'aide de méthodes par points clés et suit les objets entre les images. Fournit des données de pose précises aux pipelines de manipulation du robot.

Leçon 2 • Détection et reconnaissance d'objets

Applique l'appariement de caractéristiques classique et les détecteurs par apprentissage profond pour identifier les objets. Les étudiants évaluent la précision de détection et la vitesse d'inférence.

Leçon 3 • Fondamentaux du traitement d'image

Couvre le filtrage, la détection de contours, la morphologie et la segmentation par couleur sur des images 2D. Fournit les compétences de prétraitement nécessaires aux tâches de vision de plus haut niveau.

Leçon 4 • Étalonnage de caméra et géométrie

Dérive le modèle de caméra sténopé et effectue l'étalonnage intrinsèque et extrinsèque. Permet une mise en correspondance précise entre les coordonnées pixel et l'espace 3D.

Leçon 1 • Localisation et SLAM

Implémente la localisation par filtre particulaire et le SLAM basé sur graphe pour des environnements inconnus. Les étudiants évaluent la précision de la localisation par comparaison avec la vérité terrain.

Leçon 2 • Algorithmes de planification de chemin

Compare les planificateurs Dijkstra, A*, RRT et PRM sur la complétude et l'optimalité. Les étudiants sélectionnent et configurent des planificateurs pour différents types d'environnements.

Leçon 3 • Planification de mouvement pour la manipulation

Planifie des trajectoires de bras sans collision dans l'espace de configuration à l'aide de MoveIt et d'outils similaires. Les étudiants résolvent des tâches de préhension et de placement avec des contraintes d'obstacle.

Leçon 4 • Évitement d'obstacles et planification locale

Applique l'approche par fenêtre dynamique et les méthodes de champ potentiel pour l'évitement en temps réel. Intègre les planificateurs locaux aux sorties de chemin global.

Leçon 1 • Évaluation des performances et analyse comparative

Définit des KPI pour la vitesse, la précision, la fiabilité et la consommation d'énergie, puis les mesure systématiquement. Permet une optimisation pilotée par les données du système complet.

Leçon 2 • Conception de l'interaction homme-robot

Applique les principes de l'interaction homme-robot, y compris la reconnaissance d'intention, le contrôle gestuel et les zones de sécurité. Les étudiants conçoivent des interfaces qui permettent une collaboration humaine sûre et intuitive.

Leçon 3 • Intégration et test du système

Intègre les sous-systèmes mécaniques, électriques, logiciels et de perception en un robot unifié. Les étudiants exécutent des tests d'intégration structurés et résolvent les conflits d'interface.

Leçon 4 • Systèmes multi-robots et coordination

Couvre l'allocation de tâches, les protocoles de communication et le contrôle de formation pour les équipes de robots. Étend les compétences d'un seul robot à des scénarios collaboratifs multi-agents.