Couplage mouvements articulées - vision stéréoscopique : une approche projective
Résumé
In this thesis, the object of study are robot-vision systems consisting of robot manipulators and stereo cameras. It investigates how to model, calibrate, and operate such systems, where operation refers especially to visual servoing of a tool with respect to an object to be manipulated. The main contributions of this thesis are to introduce a novel, "projective" geometrical formalization of these three problems, and to develop novel coordinate- and calibration-free solutions to them. The impact in practice: the "projective" systems can operate with less priori knowledge. Only metrically unstratified but projectively unified parameters are needed to "calibrate" a fully operational model of the system. This can be done automatically with a self-calibration method. As far as visual servoing is concerned, the projective models are equivalent to classical ones. Also, their particular properties allow new answers to open questions in visual servoing to be found, such as how to control trajectories that are at the same time visually and mechanically feasible over the entire work-space. The impact on theory: a novel and complete projective framework has been introduced, that allows calibration-free representations for all basic geometrical objects relevant to visual servoing, or to camera-based perceptionaction cycles in general. Most important are the projective representations of rigid- and articulated motion, as well as the respective notion of projective velocities. Effective computational methods for the numerical treatment of these representations were also developed.
Cette thèse propose un nouvel éclairage sur le couplage de la vision stéréoscopique avec le mouvement articulé. Elle développe tout particulièrement de nouvelles solutions s'appuyant sur la géométrie projective. Ceci permet notamment l'utilisation des caméras non-calibrées. La contribution de cette thèse est d'abord une nouvelle formulation géométrique du problème. Il en découle des solutions pratiques pour la modélisation, l'étalonnage, et la commande du système. Ces solutions suivent une approche "coordinate-free", généralisées en une approche "calibration-free". C'est à dire, elles sont indépendantes du choix des repères et de l'étalonnage des caméras. Sur le plan pratique, un tel système projectif peut fonctionner sans connaissance a priori, et l'auto-étalonnage projectif se fait de manière automatique. Les modèles proposés sont issues d'une unification projective de la géométrie du système plutôt que d'une stratification métrique. Pour un asservissement visuel, les modèles obtenus sont équivalents aux modèles classiques. D'autres questions pratiques ont ainsi pu être abordées d'une nouvelle manière: la commande de trajectoires visibles et méchaniquement realisables dans l'espace de travail entier. Sur le plan théorique, un cadre mathématique complet est introduit. Il donne à l'ensemble des objets impliqués dans un asservissement visuel une représentation projective. Sont notamment etudiés, l'action des joints rotoïdes et prismatiques, les mouvements rigides et articulés, ainsi que la notion associée de vitesse projective. Le calcul de ces représentations est de plus explicité.
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