{"id":62704,"date":"2023-11-14T14:02:36","date_gmt":"2023-11-14T14:02:36","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/non-classifiee\/logiciels-pour-la-robotique\/"},"modified":"2023-11-15T13:30:42","modified_gmt":"2023-11-15T13:30:42","slug":"logiciels-pour-la-robotique","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/fr\/electronique\/logiciels-pour-la-robotique\/","title":{"rendered":"Logiciels pour la robotique"},"content":{"rendered":"\n

Il existe de nombreux niveaux de logiciel de commande, indispensables dans tous les robots, \u00e0 l’exception des plus simples. Les solutions de microcontr\u00f4leurs<\/a> et de System-on-Chip (SoC) responsables de la gestion des capteurs et des actionneurs profiteront g\u00e9n\u00e9ralement d’un syst\u00e8me d’exploitation temps r\u00e9el ou du noyau.<\/a> <\/p>\n\n\n\n

Optimisation des ressources syst\u00e8me gr\u00e2ce \u00e0 la puissance du multit\u00e2che avec un syst\u00e8me d’exploitation temps r\u00e9el (RTOS<\/h2>\n\n\n\n

L’avantage d’utiliser un syst\u00e8me d’exploitation temps r\u00e9el est qu’il ex\u00e9cute plusieurs t\u00e2ches en m\u00eame temps. C’est un moyen relativement simple de planifier de nombreuses activit\u00e9s sur un seul microprocesseur, afin de maximiser les ressources et la capacit\u00e9 du syst\u00e8me \u00e0 r\u00e9agir \u00e0 des \u00e9v\u00e9nements ext\u00e9rieurs. Par exemple, l’ouverture de la cage de s\u00e9curit\u00e9 doit d\u00e9clencher la suspension des activit\u00e9s afin de minimiser les risques pour les robots et le personnel. Une simple coupure d’\u00e9lectricit\u00e9 est potentiellement dangereuse. Un syst\u00e8me d’exploitation temps r\u00e9el peut d\u00e9clencher toutes les actions n\u00e9cessaires pour placer le robot dans un \u00e9tat non mobile, et s’assure qu’il ne laissera pas tomber des objets lourds ou ne causera pas de dommages. Pour cela, Il est possible de passer par exemple par un fil d’ex\u00e9cution de logiciel qui ordonne aux circuits \u00e9lectroniques de puissance de maintenir les moteurs dans des positions pr\u00e9d\u00e9finies.<\/p>\n\n\n\n

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Associ\u00e9 \u00e0 un logiciel d’applications bien con\u00e7u, un syst\u00e8me d’exploitation temps r\u00e9el peut fournir des garanties solides du temps n\u00e9cessaire pour r\u00e9agir \u00e0 des \u00e9v\u00e9nements critiques, qui sont normalement signal\u00e9s par une interruption externe du microprocesseur. Ce processus est en g\u00e9n\u00e9ral g\u00e9r\u00e9 par un gestionnaire d’interruption qui peut lancer un fil d’ex\u00e9cution de logiciel capable de prendre des mesures. Gr\u00e2ce \u00e0 une planification pr\u00e9ventive organis\u00e9e par priorit\u00e9s, le syst\u00e8me d’exploitation temps r\u00e9el garantit le plus court d\u00e9lai de latence pour ce type de r\u00e9ponse aux probl\u00e8mes les plus importants.<\/p>\n\n\n\n

ROS : Le syst\u00e8me d’exploitation des robots<\/h2>\n\n\n\n

Dans un robot avec plusieurs microprocesseurs et acc\u00e9l\u00e9rateurs mat\u00e9riels, de plus en plus courant, chaque n\u0153ud de l’actionneur doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 par un syst\u00e8me de surveillance en charge de la planification des t\u00e2ches et du comportement de haut niveau. Ce r\u00f4le est g\u00e9n\u00e9ralement pris en charge par l’intergiciel tel que le Robot Operating System (ROS), fonctionnant avec un microprocesseur hautement performant.<\/p>\n\n\n\n

Actuellement, un ROS est con\u00e7u pour fonctionner sur un syst\u00e8me d’exploitation comme Linux plut\u00f4t que sur un syst\u00e8me d’exploitation \u00e0 part enti\u00e8re. Un ROS n’a pas non plus besoin d’un comportement de syst\u00e8me d’exploitation temps r\u00e9el de la part du syst\u00e8me d’exploitation sous-jacent, car il ex\u00e9cute des t\u00e2ches \u00e0 plus long terme que celles n\u00e9cessitant des temps de r\u00e9ponse calcul\u00e9s en microsecondes. Cependant, des travaux sont en cours pour mettre au point des impl\u00e9mentations ROS 2.0. Celles-ci seront ex\u00e9cut\u00e9es sur des plates-formes de syst\u00e8me d’exploitation temps r\u00e9el pour offrir des degr\u00e9s de r\u00e9activit\u00e9 plus \u00e9lev\u00e9s.
L’intergiciel qui fait partie du ROS propose de nombreux services. Ces derniers comprennent l’abstraction mat\u00e9rielle des dispositifs \u00e0 faible niveau, la transmission de messages entre les processus pour activer les architectures multi-processeurs et la gestion des suites logicielles. G\u00e9n\u00e9ralement, les processus sont repr\u00e9sent\u00e9s \u00e0 l’aide de graphiques reliant les n\u0153uds pour indiquer le lieu du processus et la mani\u00e8re dont les processus communiquent entre eux. Les impl\u00e9mentations de ROS sont souvent des paquets open source et utilisent des plates-formes Linux pour optimiser la gestion des d\u00e9pendances entre les projets open source. Cela permet d’avoir un logiciel de ROS facile d’acc\u00e8s.<\/p>\n\n\n\n

Dans le ROS, les n\u0153uds sont des processus ou des modules de logiciel qui g\u00e8rent une ou plusieurs t\u00e2ches connexes. Par exemple, un n\u0153ud de traitement d’image et de cam\u00e9ra peut traiter des donn\u00e9es visuelles \u00e0 partir d’un ou de plusieurs capteurs d’image. Pour que l’utilisation de l’infrastructure r\u00e9seau permette d’interconnecter des n\u0153uds, une architecture d\u00e9sormais courante dans les syst\u00e8mes automobiles, le ROS prend en charge les protocoles TCP\/IP et UDP pour la transmission de messages. Les diff\u00e9rents n\u0153uds et connexions peuvent \u00eatre d\u00e9crits \u00e0 l’aide de l’Universal Robot Description Format (URDF), un format de fichier XML.<\/p>\n\n\n\n

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Pour permettre un partage efficace des donn\u00e9es et des commandes de capteurs, le ROS utilise un m\u00e9canisme d’abonnement\/souscription dans lequel les n\u0153uds doivent s’inscrire pour \u00eatre inform\u00e9s de sujets sp\u00e9cifiques. Toutes les mises \u00e0 jour li\u00e9es \u00e0 chaque sujet sont envoy\u00e9es \u00e0 tous les n\u0153uds abonn\u00e9s. Le master ROS garde en m\u00e9moire tous les services et sujets. Il g\u00e8re l’enregistrement des n\u0153uds et exploite un serveur de param\u00e8tres pour permettre aux n\u0153uds de stocker et de r\u00e9cup\u00e9rer des donn\u00e9es de configuration communes.<\/p>\n\n\n\n

Un des avantages majeurs des intergiciels tels que ROS est la r\u00e9utilisation et le partage de codes. Le partage de codes permet \u00e0 tous les utilisateurs de disposer d’une base commune de logiciels, ce qui permet de r\u00e9aliser des tests et d’assurer la fiabilit\u00e9 globale des logiciels. Le ROS n’est pas r\u00e9serv\u00e9 aux robots physiques.
Il prend \u00e9galement en charge les robots simul\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n

Le r\u00f4le de la simulation dans le d\u00e9veloppement de la robotique<\/h2>\n\n\n\n

Une des exigences majeures de la conception d’un robot est la capacit\u00e9 \u00e0 simuler son comportement dans un environnement virtuel avant sa mise en \u0153uvre mat\u00e9rielle. Le simulateur permet d’\u00e9crire et de d\u00e9boguer les programmes robotiques hors ligne. Il permet de d\u00e9velopper des logiciels dans un environnement sans risque et \u00e9vite l’endommagement du robot ou de l’environnement du robot dans le cas o\u00f9 le programme propos\u00e9 contiendrait des erreurs graves. La version finale du programme peut alors \u00eatre test\u00e9e sur un v\u00e9ritable robot.<\/p>\n\n\n\n

La simulation pr\u00e9sente d’autres avantages. Les concepteurs peuvent r\u00e9aliser un d\u00e9veloppement par phases, en commen\u00e7ant par des mod\u00e8les simples de haut niveau, ce qui favorise des projets complexes. De telles simulations peuvent \u00eatre utilis\u00e9es d\u00e8s les premi\u00e8res \u00e9tapes pour \u00e9tablir la viabilit\u00e9 d’un syst\u00e8me. Les environnements de simulation d\u00e9velopp\u00e9s pour la robotique sont con\u00e7us pour \u00eatre compatibles avec une large gamme de langages de programmation, prenant en charge le d\u00e9veloppement facile. La simulation peut aussi r\u00e9duire le temps de d\u00e9veloppement en permettant la correction d’erreurs li\u00e9es \u00e0 la logique applicative avant que ces erreurs soient li\u00e9es au mat\u00e9riel et deviennent beaucoup plus difficiles \u00e0 corriger.<\/p>\n\n\n\n

Plusieurs approches de simulation de robot existent. Traditionnellement, la simulation concernait la cin\u00e9matique du mouvement du robot et servait \u00e0 d\u00e9montrer si les orientations et les trajectoires \u00e9taient r\u00e9alisables et pratiques.<\/p>\n\n\n\n

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Ce type de simulation place un robot virtuel dans un espace 3D et montre comment ses articulations peuvent se d\u00e9placer dans le monde r\u00e9el. La simulation peut \u00e9galement d\u00e9terminer si un robot sera capable de soulever et de manipuler des objets lourds ou volumineux tout en restant stable.<\/p>\n\n\n\n

Certains simulateurs de cin\u00e9matique utilisent un ensemble simplifi\u00e9 de calculs et se concentrent principalement sur la fa\u00e7on dont un programme peut faire pivoter et d\u00e9placer des objets sans entrer en collision avec les limites d’une cage de s\u00e9curit\u00e9 ou d’un poste de travail. D’autres simulateurs impliquent une simulation physique plus complexe pour mesurer les contraintes et autres probl\u00e8mes qui peuvent affecter les performances du robot sur le terrain.<\/p>\n\n\n\n

Simulation des interactions entre robots dans des environnements dynamiques<\/h3>\n\n\n\n

Lorsque les robots sortent des environnements contr\u00f4l\u00e9s et prot\u00e9g\u00e9s par des cages de s\u00e9curit\u00e9, et \u00e9voluent dans des zones o\u00f9 des personnes et d’autres robots peuvent se d\u00e9placer librement, les concepteurs doivent tenir compte des interactions possibles. Pour concevoir des robots mobiles, les simulateurs qui g\u00e8rent le comportement permettent aux concepteurs de cr\u00e9er, \u00e0 un haut niveau d’abstraction, des mondes virtuels qui contiennent d’autres objets. Une simple simulation de comportement prend seulement en compte les mouvements d’un robot au sein d’un ensemble d’objets fixes. Des simulations plus complexes impliquent l’utilisation de plusieurs agents ou avatars mobiles. Ces simulateurs fond\u00e9s sur le comportement sont d’une grande aide pour concevoir des applications o\u00f9 le robot peut \u00eatre confront\u00e9 \u00e0 des environnements complexes. Ils peuvent tirer des le\u00e7ons des collisions et autres interactions pour g\u00e9rer les obstacles. Les simulations physiques sont importantes pour v\u00e9rifier que la cin\u00e9matique du robot est correctement repr\u00e9sent\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n

Choisir le bon moteur physique pour votre robot<\/h2>\n\n\n\n

Les environnements de simulation, tels que le paquet open source Gazebo, peuvent g\u00e9n\u00e9rer des donn\u00e9es de capteur r\u00e9alistes qui risquent d’\u00eatre corrompues avec certains niveaux de bruit. Gazebo permet d’ajuster la simulation aux exigences sp\u00e9cifiques de l’application: en utilisant diff\u00e9rents moteurs physiques par exemple. Un solveur de coordonn\u00e9es maximal tel qu’ODE ou Bullet, est souvent pr\u00e9f\u00e9r\u00e9 pour une simulation dans des environnements perturb\u00e9s. Un solveur fond\u00e9 sur l’algorithme de Featherstone, comme DART ou Simbody, trouvera plus d’applications dans des syst\u00e8mes articul\u00e9s tels que des robots humano\u00efdes ou des robots de fabrication complexe. Tous les moteurs physiques sont accessibles via la m\u00eame interface de programmation d’application (API).<\/p>\n\n\n\n

La simulation a toutefois des limites. Une application ne peut simuler que les caract\u00e9ristiques et les \u00e9v\u00e9nements pour lesquels elle est programm\u00e9e. Les facteurs internes ou externes ne sont pas repr\u00e9sent\u00e9s et ne seront pas simul\u00e9s, ce qui peut provoquer des probl\u00e8mes lorsque la conception est transf\u00e9r\u00e9e au mat\u00e9riel. Il est souvent difficile de construire des sc\u00e9narios assez repr\u00e9sentatifs, en particulier lorsqu’il s’agit de l’\u00e9valuation de situations et de comportements complexes. Cependant, l’exp\u00e9rience acquise avec le transfert de conceptions simul\u00e9es dans un environnement physique peut \u00eatre utilis\u00e9e dans de futurs projets, afin de r\u00e9duire le nombre d’erreurs au fil du temps.<\/p>\n\n\n\n

Par cons\u00e9quent, la simulation reste l’un des outils les plus puissants de l’ing\u00e9nieur en robotique.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Il existe de nombreux niveaux de logiciel de commande, indispensables dans tous les robots, \u00e0 l’exception des plus…\n","protected":false},"author":29,"featured_media":60831,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"csco_singular_sidebar":"","csco_page_header_type":"","csco_appearance_grid":"","csco_page_load_nextpost":"","csco_post_video_location":[],"csco_post_video_location_hash":"","csco_post_video_url":"","csco_post_video_bg_start_time":0,"csco_post_video_bg_end_time":0,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[1015,181],"tags":[],"coauthors":[1744],"class_list":{"0":"post-62704","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-automatisation","8":"category-electronique","9":"cs-entry","10":"cs-video-wrap"},"yoast_head":"\nLogiciels pour la robotique - KnowHow<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Affiner votre expertise dans les logiciels de robotique et la manipulation des moteurs physiques est essentiel pour garantir des performances robotiques optimales. 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