Difference between revisions of "RobAIR"

Revision as of 01:08, 17 January 2012

UE/Module: Projet innovant de RICM4 option CM
Enseignant: Didier Donsez, David Eon, Olivier Richard, Sophie Chareyron, Sylvain Miermot (président du LOG)...
Élèves: 2 RICM4 (1 SR + 1 CM), 2 3I4, 3 Mat4

Description

Les robots de télé-présence auront d'ici peu énormément d'applications:

travailleurs à domicile participant aux poses-café (50% d'un réunion se fait devant la machine à café avant celle-ci)
visite de musée pour personnes âgées ou fragiles isolées (campagne, banlieue, MAD, HAD, ...)
insertion sociale des enfants bulles (participation aux anniversaires de copains, fêtes de famille, ...
visite familiale des personnes âgées en maison de retraite
intervention d'experts à distance sur site sensible (salle blanche, nucléaire, ...)
...

Ces robots sont déjà au catalogue de fabricants

et des projets DIY existent déjà

L'objectif du projet est la réaliser un robot de télé-présence "open-source" et d'une IHM distante pour le pilotage

Les fonctionnalités attendues sont

réservation des robots (OAR)
pilotage automatique ou semi-automatique (graphe de chemins prédéfinis)
barrières virtuelles (cartographies des pièces)
...

Expérimentation

Visite à distance de l'expo Fablab au CCSTI de Grenoble

Matériel

H Koenig SWR 12

Base de la plateforme robotique 3I
Base de robot aspirateur Roomba
Base de robot aspirateur HKoenigSWR
Robot Wifibot (voir Olivier Aycard, UFR IMAAG)
2 webcams + servomoteurs + Pan/Tilt_Bracket
Arduino ou STM32 Discovery
Carte ARM11 embarquée (Tegra, Raspberry Pi)
XBox Kinect
Table Androïd
2 dongles WiFi
capteurs distance (ultrason) , contact, ...
pointeur laser

Structure

Modelage (Polycaprolactone)
Makerbot' Thing-o-Matic
Plateforme d'usinage GI NOVA
Fablab CCSTI

Logiciel

OpenCV (pour le face tracking et l'orientation automatique des cameras et du robot)
OpenNI
OAR
GStreamer
FreeRT OS
Robot Operating System (ROS)
Urbi
...

Sponsors et Parrains

???

Robots de téléprésence existants

Texai de Willow Garage

Ava de iRobot

Jazz de Gostai

QB de Anybots

Autres robots

Fonctions du robot de téléprésence

Fonctions requises

Doit comporter une base mobile commandée à distance par le pilote.
- hypothèse : sol plat sans obstacles (pas de tapis, pas de marches)
- vitesse inférieure à celle d'un marcheur (<<5 km/h)
Système de sécurité type "homme mort"
- le robot doit être inerte quand le pilote n'est pas aux commandes (ex. perte de la communication, ou pilote qui s’absente de son poste de pilotage)
Doit permettre une transmission audio et vidéo bidirectionnelle.
- la qualité de la transmission doit permettre un dialogue fluide entre le pilote et ses interlocuteurs distants
Autonomie en énergie d'une heure ou plus.
- prévoir un système de rechargement
Transfert des données par réseau Wifi (2.4 GHz et/ou 5Ghz)
- un réseau dédié à l'application "téléprésence" est acceptable
Bouton d’arrêt d'urgence accessible.

Fonctions souhaitables

Bonne qualité de l'audio, même en environnement bruité.
- le pilote peut porter un casque/micro
- coté robot : micro directionnel, annulation d'écho, "beamforming", amplificateur et haut parleur de qualité
Capacité à transiter d'un point d'accès Wifi à un autre sans interrompre la communication.
- le "roaming" n'est pas bien géré par tous les modèles de point d'accès
- expertise : association Grenoble Wireless
Détection anti-collision.
- prioritaire sur les ordres du pilote
Bonne visibilité de l'écran dans des conditions d'éclairage variables
- Dalles IPS ? Ecran transflectif ?
Systèmes d'aide à la navigation pour le pilote.
- caméra de recul
- caméra panoramique pointées vers le sol pour les manœuvres précises
- lidar ou sonar
Ensemble caméra/écran orientable.
- regarder vers le haut ou le bas
- plus rapide et naturel de tourner la "tête" sans avoir à tourner le robot en entier
Matériel et API extensible afin de remplacer la caméra standard et la prise de son par des interfaces plus exotiques.
- caméra thermique, ou caméra multispectrale
- "oreille ultrason", ou micros orientables
Capacité du robot à se garer et à se mettre en charge de façon autonome.
- le pilote doit amener le robot manuellement a proximité d'une station de charge
Possibilité de créer des barrières virtuelles pour interdire la circulation de robots de téléprésence dans certains lieux
- utilisation de mires fiduciaires collées au plafond ?
- barrières infrarouge (comme le Roomba) ?
- barrière électromagnétique ?
Localisation du robot sur une carte du lieu.
- permet au pilote de naviguer dans un environnement qu'il ne connait pas forcément
- utilisation de balises active, ou marqueurs passifs
- l'impact sur le lieu et le cout de l'infrastructure de localisation doit être minimal

Fonctions optionnelles

Logiciel libre et multi-plateforme pour le pilotage
- prends en charge la compression/décompression vidéo et audio, l'affichage, l'authentification du client, le cryptage de la liaison avec le serveur, la configuration de l'interface du pilote (clavier, joystick souris, manette de console, Wiimote, etc)
- [client libre] <-- internet --> [serveur] <-- réseau privé --> [robot]
Passerelle pour la compatibilité avec les logiciels de visioconférence courants.
- [logiciel propriétaire] <-- internet --> [passerelle][serveur] <-- réseau privé --> [robot]
- Skype comme cible prioritaire (besoin d'un plugin pour gérer les commandes de pilotage)
- MSN comme cible secondaire
Base type holonomique pour un déplacement facilité en espaces restreints.
- attention, certaines roues holonomique (mecanum wheel et omni wheel) vont provoquer des vibration lors du déplacement qui vont dégrader l'image et l'expérience du pilote
Hauteur de l'ensemble caméra/écran ajustable par le pilote.
- permet au pilote de communiquer au même niveau que son interlocuteur
- hauteur minimum : 1m (communication avec des gens assis, ou des enfants)
- hauteur maximum : 1m70 (hauteur typique d'un adulte, aller plus haut pose des problèmes de stabilité, particulièrement en cas d’arrêt d'urgence)
- un vérin électrique semble tout indiqué
Réalisation d'un simulateur de robot de téléprésence permet d'entrainer les pilotes en toute sécurité.
- tutoriel pour apprendre à conduire tout seul et passer un "permis robot"
- nécessaire si le grand public doit utiliser ces robots (ex. contexte d'un musée)
Navigation autonome du robot.
- pour retrouver automatiquement une station de charge
- pour aller automatiquement à la zone de maintenance en cas d'avarie
- pour se rapprocher d'un point d'accès Wifi en cas de perte de la liaison radio
- pour aller automatiquement dans un lieu au choix sans avoir besoin de pilotage précis (pilote qui se contente de donner la destination)
Capacité de déplacement dans les lieux désordonnés, ou à l'extérieur.
- garde au sol variable
- centre de gravité permettant une inclinaison du robot
- roues adaptées
- protection du robot contre les éléments (poussières et projection d'eau)
Pointeur laser orientable pour que le pilote puisse désigner un objet à un interlocuteur distant.
Capacité du robot à communiquer avec le bâtiment.
- utiliser les ascenseurs
- ouvrir les portes automatiques
- allumer la lumière
Fonctionnalités de réalité augmentée pour le pilote.
- affichage du nom à coté du visage des personnes
Interface basique de télémanipulation.
- bras + pince pour pouvoir actionner un interrupteur, tirer une porte ou transporter un objet léger

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 === Fonctions optionnelles ===
-# logiciel libre pour le pilotage
+# Logiciel libre et multi-plateforme pour le pilotage
+#* prends en charge la compression/décompression vidéo et audio, l'affichage, l'authentification du client, le cryptage de la liaison avec le serveur, la configuration de l'interface du pilote (clavier, joystick souris, manette de console, Wiimote, etc)
 #* [client libre] <-- internet --> [serveur] <-- réseau privé --> [robot]
-# passerelle pour la compatibilité avec les logiciels de visioconférence courants
+# Passerelle pour la compatibilité avec les logiciels de visioconférence courants.
 #* [logiciel propriétaire] <-- internet --> [passerelle][serveur] <-- réseau privé --> [robot]
-#* Skype comme cible prioritaire
+#* Skype comme cible prioritaire (besoin d'un plugin pour gérer les commandes de pilotage)
 #* MSN comme cible secondaire
+# Base type holonomique pour un déplacement facilité en espaces restreints.
+#* attention, certaines roues holonomique (mecanum wheel et omni wheel) vont provoquer des vibration lors du déplacement qui vont dégrader l'image et l'expérience du pilote
+# Hauteur de l'ensemble caméra/écran ajustable par le pilote.
+#* permet au pilote de communiquer au même niveau que son interlocuteur
+#* hauteur minimum : 1m (communication avec des gens assis, ou des enfants)
+#* hauteur maximum : 1m70 (hauteur typique d'un adulte, aller plus haut pose des problèmes de stabilité, particulièrement en cas d’arrêt d'urgence)
+#* un vérin électrique semble tout indiqué
+# Réalisation d'un simulateur de robot de téléprésence permet d'entrainer les pilotes en toute sécurité.
+#* tutoriel pour apprendre à conduire tout seul et passer un "permis robot"
+#* nécessaire si le grand public doit utiliser ces robots (ex. contexte d'un musée)
+# Navigation autonome du robot.
+#* pour retrouver automatiquement une station de charge
+#* pour aller automatiquement à la zone de maintenance en cas d'avarie
+#* pour se rapprocher d'un point d'accès Wifi en cas de perte de la liaison radio
+#* pour aller automatiquement dans un lieu au choix sans avoir besoin de pilotage précis (pilote qui se contente de donner la destination)
+# Capacité de déplacement dans les lieux désordonnés, ou à l'extérieur.
+#* garde au sol variable
+#* centre de gravité permettant une inclinaison du robot
+#* roues adaptées
+#* protection du robot contre les éléments (poussières et projection d'eau)
+# Pointeur laser orientable pour que le pilote puisse désigner un objet à un interlocuteur distant.
+# Capacité du robot à communiquer avec le bâtiment.
+#* utiliser les ascenseurs
+#* ouvrir les portes automatiques
+#* allumer la lumière
+# Fonctionnalités de réalité augmentée pour le pilote.
+#* affichage du nom à coté du visage des personnes
+# Interface basique de télémanipulation.
+#* bras + pince pour pouvoir actionner un interrupteur, tirer une porte ou transporter un objet léger
 == Scénarios d'usage ==