Asservissement de la position de l`organe terminal d
Contents
1. cole et le Laboratoire d Informatique sont repr sent s 2 Fournir un suivi de pr cision qui d montre nos capacit s dans le domaine de la robotique Le projet ne peut pr tendre tre le point de d part l tude compl te d aide la chirurgie Toutefois la conception doit tre suffisamment pr cise et document e pour pouvoir aider la mise en place rapide de nouveaux proc d s 3 Assurer l aspect p dagogique n cessaire la formation d ing nieurs travers la d couverte de nouveaux p riph riques et de m thodes de conception Aucune restriction sur le mat riel n est pr cis e Le robot SCORBOT ER V Plus de la soci t ESHED ROBOTEC sera command sur la position du capteur 3D Glove P5 pr t pour l tude par l quipe RTIC du Laboratoire q Informatique Ces deux p riph riques seront d taill s dans la prochaine partie 1 2 Le mat riel utilis 1 2 1 Le robot SCORBOT ER V Plus Le SCORBOT ER V Plus est un bras manipulateur robotis comportant 5 axes de libert Utilis initia lement en cha ne de production il est capable de m moriser des positions pour les r p ter par la suite ou de suivre les ordres qui lui sont transmis C est dans cette derni re configuration que nous devons l utiliser FIG 1 1 Le SCORBOT ER V Plus Le robot fonctionne l aide de moteurs command s Des capteurs de s curit donnent les valeurs maxi males de but pour emp cher aux axes2. est en rien diff rente de ce qui est tudi pendant les cours de p riph rique sp cialis de deuxi me ann e Nous utilisons deux handles pour ouvrir la communication en mode lecture et criture g n rique conform ment ce que sugg re le guide d utilisation du robot SCORBOT Nous rappelons galement ici les options de configu ration mode XON XOFEF vitesse de 9600 bauds 8 bits de donn es 1 bit d arr t et pas de parit Le d tail sur la m thode est donn dans le manuel de r f rences notamment page 62 et 65 o la m thode serie_config de la classe RobotScorbot est d taill e L ensemble du code et des classes se rapportant au robot et la communication s rie est regroup dans les fichiers RobotScorbot h et RobotScorbot cpp L envoi des donn es au robot se fait par l interm diaire d une cha ne de caract re crite directement sur le port s rie Le message envoy correspond aux crit res syntaxiques impos s par le langage ACL Il se compose en g n ral d un mot sp cifique suivi de plusieurs param tres Il est a noter que le robot renvoi le caract re gt apr s ex cution de la commande demand e et non apr s r ception du message Nous d finissons une position comme un enregistrement compos de 6 champs 3 pour d finir les co ordonn es cart siennes X Y Z 2 pour donner une valeur de roulis R et de tangage T et une cha ne de caract res permettant de d finir le nom de chaque position Cette st
3. contiennent l ensemble des d clarations et d finitions des l ments d crits sur la figure si dessous 3 Educational Asservissement robotique 1 s de 26 Gestion du capteur 3D 2 Gestion du robot 26 27 Position du PS 4 28 awx iui 5x 8 29 Asy 34 E 6v ha 9 30 Axe Z 35 p 72 10 31 4er 36 12 32 xeP u 37 38 W 39 Homing du SCORBOT Visualisation 3D 1 3 40 Position 4 1 42x 045 43 o 46 44z 0 47 49 50 dues 454 ia 52 Lancer FIG 2 1 L interface du programme 12 Nom de l l ment Type Num ro Nom de l l ment 7 GrobjeciWindow QWidger 27 CuRobotFrame OGroupBox 2 7 CapteurBox OGroupBox 28 AxeXtextLabel Olabe ST CapteurFrame QGroupBox 29 _AxeYtextLabel _ QLabel Ca Cbs Olabe 30 _ AxeZtextLabel Olabe 5 Kea Olabe ES MT Okabe 6 Vtexttabel Olabe 32 _ _ AxePtextLabel_ _ QLabel TT Zeal aber TT AxeXSlider __ _ OSTider 7 8 Xebe Olabe 34 _ AxeYSlider __ OSTider Co Yie aber 35 AxeZSlider_ OS Co Zee Olabe 36 _ _ AxeRSTider Order TT PhotoPsGlove Olabe 37 _ AxePSlider_ OSlider 72 TT OpenGiFrame QGroupBox 38__ CmdRoborCheckBox _QCheckBox C V3DtextLabel QLabel 39 InitRobotButron QPusTiBurron 13 Cou eurxLabel QLabel 40 PositionRobotFrame QGroupBon 15 CouleurYLabel QLabel 41 textLabelPosit
4. et ce apr s quelques minutes d accom modation au manipulateur Un mouvement lent et adapt la r ponse du robot est n anmoins n cessaire pour garantir la saisie Les outils mis notre disposition ont pourtant demand certains choix quant l impl mentation Le manque de pr cision et le changement parfois soudain de la position du capteur alt rent la stabilit de l organe terminal lors de la saisie des objets Un seuil permet de r duire les tremblements de la pince mais diminue la fluidit de l asservissement La communication avec le SCORBOT n est pas non plus adapt e un syst me de contr le en temps r el comme le voudrait la th orie Le langage ACL par lequel il faut passer pour envoyer des ordres au robot simplifie son fonctionnement mais doit aussi ralentir son ex cution Chaque nouvelle position envoy e au manipulateur est dans un premier temps enregistr e dans l unit de contr le avant d tre ex cut e par le SCORBOT Celui ci est donc tr s pr cis dans son positionnement mais met du temps prendre en compte les nouvelles coordonn es Le fait de ne poss der qu un seul canal de communication pour la fois demander au robot sa position et lui indiquer la marche suivre quand le robot n est fait que pour faire une seule chose la fois ralenti peut tre aussi le syst me 4 2 Am liorations possibles Le projet est parfaitement fonctionnel mais certaines am lioration
5. relancer le Si besoin red marrer l ordinateur Erreur de configura Le port COMI ne peut V rifier qu aucun autre tion du port s rie pas tre configur programme n est en train d utiliser le port s rie Impossible de lancer le Le timer qui g re l as Relancer le programme timer servissement n a pas pu tre lanc Le fait d utiliser sous Windows XP le robot SCORBOT pr vu initialement pour les syst mes d exploita tion DOS et les premiers Windows pause quelques probl mes d adaptation Le port COM se bloque de temps en temps et l initialisation de la communication devient impossible Cette erreur est cependant rare et d pend galement du nombre de programmes utilisant le port de communication pouvant interf rer dans l ordinateur 17 Chapitre 4 Remarques et R sultats Cette derni re partie pr sente les r sultats obtenus lors de l asservissement de la pince du robot sur le capteur 3D P5 ainsi que les possibilit s d volution du projet d un point de vue technique et technolo gique 4 1 L asservissement r alis Le but initial de cette tude tait de pouvoir r aliser une recopie de mouvements indiqu s par la main de l Homme sur un manipulateur robotique pr sentant les m mes degr s de libert Le logiciel AssertRobot con u pour ce projet r pond parfaitement cette attente En plus de permettre de suivre le mouvement l utilisateur est capable de saisir un objet sur un plan de travail
6. serait impossible de pouvoir commenter le fonctionnement L affichage des informations sur l interface est rafra chie au moyen d un timer d clench toutes les 50 ms qui interroge la fois le capteur 3D et le robot sur leur position respective Le SCORBOT ne peut renvoyer cette information que s il n est pas d j entrain de prendre en compte une autre instruction ce qui le cas ch ant fige le syst me pendant une dur e ind termin e et surtout non souhait e Deux threads ont donc t impl ment s pour palier le probl me Le premier g re la communication avec le robot pendant que le deuxi me se consacre la mise jour de l affichage Les figeages sont donc vit s La conception respecte dans la mesure du possible les principes du G nie Logiciel Chaque classe 13 poss de son propre fichier de d claration et de d finition Ainsi AssertRobot se compose Des fichiers AffichageThread h et AffichageThread cpp pour la gestion des m thodes du thread d affi chage AssertRobot h et AssertRobot cpp pour la fen tre OpenGL AssertRobotWin h et AssertRobotWin cpp pour l interface QT CommunicationThread h et CommunicationThread cpp pour la gestion du thread de communication avec le robot Main cpp PSBend h P5Bend cpp P5Motion h P5Motion cpp P5dll h et P5Sdll lib pour l interaction avec le gant 3D P5 RobotScorbot h et RobotScorbot cpp pour l interaction avec le robot SCORB
7. OT 2 5 Manuel de r f rences Le manuel de r f rence fournit en annexe de ce rapport la fois en format num rique et papier contient toute la mod lisation UML et la description des diff rentes classes illustr e par le code source Ce do cument a pour but de compl ter ce guide de d veloppement et ainsi d acc l rer l impl mentation de composants compl mentaires au logiciel AssertRobot 14 Chapitre 3 Guide d utilisation Nous ne nous pla ons plus ici du point de vue du concepteur mais de l utilisateur du syst me pour d crire son fonctionnement 3 1 Pr sentation du programme Le programme comprend deux modes de fonctionnement Le mode t l commande qui permet l uti lisateur de tester la communication avec le robot en jouant sur les diff rents axes et le mode asservis sement pour lequel l organe terminal du robot va r p ter les mouvements indiqu s par la main E 1 Educational Asservissement robotique Gestion du capteur 3D Gestion du robot Position du P5 x 130908 Y 93 899 Z 185 672 Visualisation 3D Position X 2654 Y 1228 Z 3883 FIG 3 1 Le logicile AssertRobot en fonctionnement 15 Plusieurs informations apparaissent sur l interface La position courante du P5 en coordonn es r elles est indiqu e en haut gauche de la fen tre et une croix de couleur bleu turquoise permet de visualiser dans la repr sentation 3D s
8. PS5 se d ss 88 6 8 6 done b AR R aus d Bb e B dd a 1 7 L gant3D 255486384544 sers 19 D PER EN S4 bre E AS 2 1 L int rtace du programme gos v atla Leu aE a Len Evi mm A us 4 3 1 Le logicile AssertRobot en fonctionnement 3 2 Mise en place de la borne 3D 21 Bibliographie SCORBOT ER V SCORBOT ER V Plus Manuel d utilisateur 1 re ed 100027 1982 ESHED RO BOTEC Guide de r f rence ACL Langage Avanc de control 1 re ed 100027 1982 ESHED ROBOTEC Site web du P5 Glove http www alliancedistributors com Alliance_Brand Products Developers php Rapport projet de SE Le bras robot Juin 2005 L Moisant J Teindas 22 R sum Le contr le de l organe terminal d un manipulateur robotique par un capteur 3D est le pr misse d une tude sur la conception de robots pour la chirurgie Le contr leur PS glove un nouveau p riph rique bas sur la r ception dans l espace de signaux infrarouges envoy s par des capteurs de position nous permet de diriger le robot SCORBOT ER V Plus utilis pour l tude Il est important de pouvoir tester la fiabilit de tels syst mes avant de poursuivre sur la conception de robots personnalis s et le logiciel AssertRobot sp cialement d velopp dan ce but montre nos possibilit s en la mati re L utilisateur est capable par l interm diaire du gant de diriger le robot pour la pr hension d objets su
9. UNIVERSITE FRAN OIS RABELAIS TOURS POLYTECH TOURS D PARTEMENT INFORMATIQUE 64 Avenue Jean Portalis 37200 TOURS cole polytechnique de l Universit de Tours D partement Informatique Projet de Robotique Asservissement de la position de l organe terminal d un robot sur un capteur 3D E P U D I 2 Janvier 2006 Encadr par tudiants M Pascal MAKRIS AGEN Florian M Arnaud PURET MICHOT Julien DI2 Promotion 2004 2007 Asservissement de la position de l organe terminal d un robot sur un capteur 3D Florian AGEN Julien MICHOT Janvier 2006 Introduction L asservissement de la position de l organe terminal d un robot sur un capteur trois dimensions est la premi re tape d un projet beaucoup plus complexe d aide la chirurgie dans le domaine m dical A partir d un robot pr sentant plusieurs axes de libert il s agit de pouvoir amener les instruments m dicaux pr sent s par le robot l endroit exact voulu par le chirurgien Plusieurs possibilit s restent envisag es quant la fa on de d terminer cette position Nous avons ici choisi de la mod liser l aide d un gant quip de plusieurs capteurs Cette pr sente tude men e dans le cadre du projet de robotique de deuxi me ann e du D partement Informatique de l Ecole Polytechnique de l Universit de Tours doit pouvoir servir de vitrine sur nos capacit s et nos possibilit s en la mati re Dans cette opt
10. avenir du projet d un point de vu scientifique passera ind niablement par l utilisation de p riph riques la fois plus performants et plus pr cis Le capteur 3D P5 est bon march Il tait initialement pr vu comme substitut de la souris pour les jeux vid o et la bureautique et ne convient pas tout a fait au contr le d entit s demandant une grande fiabilit pour la s curit des utilisateurs Le bras manipulateur peut en effet se r v ler dangereux s il effectue des mouvements brusques dans un p rim tre de fonctionnement non s curis et nous ne pouvons nous permettre d utiliser des capteurs trop sensibles la luminosit D autres syst mes de ce type existent sur le march et seraient sans doute beaucoup plus appropri s Le robot l avantage d tre tr s pr cis dans son positionnement mais la communication s rie est peut tre un peu d su te aujourd hui quand il faudrait un manipulateur pouvant interpr ter les ordres quasi instantan ment L application de cette tude la chirurgie demandera la conception d un nouveau robot r pondant cette attente et le SCORBOT peut convenir en attendant de p riph rique de test pour le positionnement 19 Conclusion L asservissement de la position de l organe terminal du robot SCORBOT ER V sur le capteur 3D P5 est un succ s compte tenu des limitations offertes par le syst me L utilisateur est d sormais capable avec un peu d entra nement e
11. de se d t riorer et des codeurs fix s sur l origine de chaque axe fournissent les informations sur la position des l ments par rapport la base DISJONCTEUR DE SECURITE DE ROULIS gt CAME DE TANGAU DISJONCTEUR DE SECURITE DE TANGAGE E RENGE AVANT BRAS CODEUR CAME DE COUDE DISJONTEUR DE SECUR DE COUDE CODEUR BRAS SUPERIEUR D EPAULE BARRE DE TRANSPORT CAME D EPAULE CORPS DISJONTEUR DE SEGUR DE BASE BASE CAME DE BAS FIG 1 2 Description des l ments du SCORBOT Cette technologie pr sente cependant l inconv nient d tre fragile et facilement perturb e Le fait de changer ne serait ce qu un peu la position des codeurs en manipulant le robot change galement les va leurs des axes du rep re d origine et la position des but s COUDE TANGAGE EPAULE FIG 1 3 Mouvements des diff rents axes Le robot que nous utilisons pour ce projet a une vingtaine d ann es et est donc sensiblement moins per formant que lors de leur mise en service Les courroies qui entra nent le bras lors de mouvements sont us es et nous sommes oblig s de fixer des valeurs d amplitude pour le d placement inf rieure ce que le permet le guide de fonctionnement du SCORBOT 610mm 24 ins ins 1020mren 41 FIG 1 4 Amplitude possible des mouvements Il est possible de commander le robot travers ses coordonn es dans un rep re cart sien en X Y Z pour la posit
12. end_Process pour mettre jour la valeur des diff rentes donn es relatives aux doigts De la m me fa on l utilisation de P5Motion est soumise quelques tapes 1 Inclure les fichiers PS5Motion h et P5Motion cpp dans le projet en cours 2 Ajouter include P5Bend h dans le fichier o les donn es du P5 seront utilis es 3 Dans la fonction d initialisation ajouter la ligne P5Motion_Init amp P5 O o PS doit tre un poin teur sur une variable de type CPDLL 11 4 Dans la boucle principale de l application appeler la fonction P5Bend_Process pour mettre jour la valeur des diff rentes donn es relatives au gant Toutes ces instructions sont d taill es dans l impl mentation de la classe GLObjectWindow dont la d finition se trouve dans le fichier AssertRobotWin cpp D autres fonctions de configuration sont dis ponibles Elles sont d taill es dans le fichier d aide du kit de d veloppement Il est galement possible d utiliser trois des quatre boutons pr sents sur le gant pour effectuer des actions pr d finies Il suffit d inclure dans la condition le code P5 gt m _PSDevices 0 m_byButtons o est le num ro du bouton poussoir 2 3 Pr sentation de l interface L interface d velopp e gr ce au GUI QT s articule autour d une fen tre principale sur laquelle les diff rents contr les et l ments de visualisation sont ajout s Les fichiers AssertRobotwin h et Asser tRobotwin cpp
13. iel 3D comme nous l utilisons avec le robot Le p riph rique est destin principalement pour Windows Le CD fournit originellement ne contient que les pilotes pour ce syst me d exploitation et le constructeur ne mentionne pas son comportement sous d autres syst mes tel UNIX Le kit de d veloppement t l chargeable via internet donne une description sommaire des m thodes mises la disposition des d veloppeurs mais reste suffisante pour prendre en main le PS facilement et l int grer nos outils de d veloppement La fiabilit du syst me reste le point noir de ce capteur 3D Nous le verrons particuli rement lors de son utilisation pour asservir le robot SCORBOT dans la derni re partie de ce rapport Pour le contr le de la souris d j la stabilit du pointeur reste approximative Le pointeur pr sente des sauts de position souvent inattendus qui sont expliqu s dans le manuel d utilisation du contr leur par une lumi re externe intense ou une distance trop importante vis vis du r cepteur Le dispositif est donc tr s sensible l environnement et l on peut d j entrevoir les probl mes que vont nous poser ces d sagr ments lors de l asservissement du robot FIG 1 7 Le gant 3D 1 3 Sp cifications du syst me Les deux p riph riques utilis s peuvent fonctionner sous les syst mes d exploitation Windows et Linux Cependant le gant 3D P5 est fourni avec un pack de d veloppement t l chargeable
14. ion de l organe terminal ainsi que le roulis et le tangage de la pince comme le ferait une main TAN AGE ROULIS X FIG 1 5 Position du rep re de d placement Le SCORBOT communique avec l ordinateur par le port S rie RS232 utilisable directement en le confi gurant comme le sp cifie la documentation constructeur mode XON XOFF vitesse de 9600 bauds 8 bits de donn es 1 bit d arr t et pas de parit Pour la programmation il faut passer par le langage ACL Langage Avanc de Contr le impos par ESHED ROBOTEC pour l interaction avec le robot Cette partie de l tude est d taill e dans le guide de d veloppement ainsi que dans le manuel de r f rence fournit avec ce rapport 1 2 2 Le capteur 3D Le gant 3D P5 est un p riph rique USB con u au d part pour augmenter la sensation des joueurs de jeux vid o lors de contr les n cessitant une vrai interaction avec l univers 3D Bas sur des capteurs de position pr sents la fois dans la main et dans les doigts le PS se sert d une borne infrarouge pour positionner son r f rentiel dans l espace FIG 1 6 Le Glove P5 Ce p riph rique disponible uniquement aux tats unis depuis quelques mois reste un capteur 3D bon march Son faible co t traduit la simplicit et la fiabilit de la technologie employ e Le gant peut ser vir de contr leur de pointeur de souris sous les syst mes d exploitation Windows mais galement de r f rent
15. ionR Olabe TE CoureurZLabe QLabel 42 _ XtexttabelR Olabe 17 Capete QLabel 5 _ YtextLabelR Okabe CET Robextabel Olabel 44 ZienlabelR _ Qlabel Co o Bao 5 XI Qlabel 20 _ Dixien Olabe 46 Yie Qlabel 21 DelaYtext olde a Ab Qlabel 25 DeltaZiext_ Olabel a8 PhotoScorbot__ aber 23 DeltaxTabel QLabel 49 __ __ControleFrame OGroupBox LT DeltaYLabel Olabel 50 QuitterButton OPushBuron 25 DeltaZtabel QLabel 51 AboutButton QPusTBurron 26 CuiRoborBox QOGroupBox 52 LancerButon OPushBuron 2 4 Phases de codage Une fois l interface cr e la communication avec le robot tablie et les fonctions du gant impl ment es plusieurs probl mes restent r soudre Les but s m caniques du robot ne sont pas toutes fonctionnelles etil est n cessaire d tablir des valeurs minimales et maximales pour chaque axe du bras Il est galement important de d finir une position de d part pour l organe terminal du robot dans le cas fr quent o une initialisation deviendrait indispensable suite un changement brutale de la position indiqu e par le P5 Les domaines de d finition des axes du SCORBOT et du gant ne sont pas les m mes Pour que l asservis sement se fasse entre les deux p riph riques il faut donc appliquer une normalisation qui doit galement appara tre sur la fen tre de visualisation 3D sans quoi il
16. ique toute une mod lisation de type G nie Logiciel a t mise en place A partir du cahier des charges nous d taillerons les tapes de conception et pr senterons le logiciel qui en r sulte travers son guide de d veloppement et son guide d utilisation Table des mati res 1 D finition du probl me 1 1 12 1 3 Le cahier des charges Le mat riel utilis 1 2 1 Le robot SCORBOT ER V Plus 1 22 Lecapteur3D Sp cifications du syst me 2 Guide de d veloppement 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 Gestion de la communication s rie RS232 Programmation du glove P5 Pr sentation de l interface Phases de codage Manuel de r f rences 3 Guide d utilisation 3 1 3 2 3 3 Pr sentation du programme Mise en condition avant utilisation Comprendre le code des erreurs 4 Remarques et R sultats 4 1 4 2 4 3 L asservissement r alis Am liorations possibles Adaptabilit du projet Chapitre 1 D finition du probl me 1 1 Le cahier des charges Le cahier des charges s articule autour de trois volont s principales 1 Concevoir une interface la fois belle et conviviale qui puisse attirer l oeil et int resser les per sonnes trang res au monde de l informatique Le programme doit pouvoir tre utilis lors des manifestations o l
17. l est notamment n cessaire d talonner la position des doigts pour que lors de l asservissement la pince ne se ferme pas inopin ment De plus la position de la borne r ceptrice du capteur 3D ne doit pas tre n glig e Elle doit tre suffisamment pr s des mouvements pour les d tecter sans toutefois r duire le champ de fonction nement du capteur pour la prise en compte des mouvements Il est a rappeler que comme nous l avons d j signal lors de la pr sentation de ce p riph rique une faible luminosit reste un facteur de pr cision FIG 3 2 Mise en place de la borne 3D 16 3 3 Comprendre le code des erreurs Au cours de l utilisation du programme AssertRobot ou lors de son initialisation certaines erreurs peuvent appara tre La plupart sont dues une mauvaise mise en condition avant utilisation et ce code des erreurs doit pouvoir permettre de rem dier la majorit des oublis Code de l erreur Message R solution Aucun p riph rique L ordinateur n arrive V rifier que le capteur P5 d tect pas a acc der au 3D est bien connect a p riph rique P5 un port USB de l ordi nateur et que la lumi re ROUGE du r cepteur est bien allum e si le probl me persiste se r f rer au guide d utili sation du P5 Erreur d ouverture du Le port COMI est in Cela arrive parfois port s rie disponible quand le robot n arrive plus g rer la com munication Arr ter le programme et
18. le kit anglais P5 SDK 2 0 ne contient que les m thodes pour les langages C et C Le pack pr sente galement 7 exemples de programmation dont le code est fourni ainsi qu un fichier d aide au format chm pour prendre en main l API du PS On peut distinguer deux grandes cat gories de m thodes le P5 Bend qui permet d impl menter les fonctions pour la prise en compte des doigts du gant et le P5 Motion qui donne la possibilit aux pro grammeurs de r cup rer la position de la main ainsi que les param tres de d viation tangage et roulis yaw pitch and roll Dans tous les cas l API utilise la librairie dynamique P5DLL dll qui doit tre disponible sur l ordina teur pour que l application puisse tre compil e Pour pouvoir utiliser les param tres des doigts certaines tapes doivent tre respect es 1 Inclure les fichiers P5Bend h et P5Bend cpp dans le projet en cours 2 Comme pour tout fichier d en t te ajouter include P5Bend h dans le fichier o les donn es du PS seront utilis es 3 Dans la fonction d initialisation comme dans le constructeur de la classe o est pris en compte le P5 par exemple ajouter les lignes P5Bend_Init amp P5 0 P5Bend SetClickSensitivity P5_THUMB 10 o PS doit tre un pointeur sur une variable de type CPDLL et 10 est la valeur de la constante de sensibilit pour le pouce THUMB 4 Dans la boucle principale de l application appeler la fonction P5B
19. on emplacement par rapport l organe terminal du robot La position de l organe terminal est affich e c t de la photo du SCORBOT dans son propre syst me de coordonn es et la croix jaune indique son d placement lors de l asservissement La distance normalis e entre les deux entit s est repr sent e par le trait blanc entre les deux croix ainsi que par les deltaX deltaY et deltaZ donnant les valeurs exactes du retard de la pince du SCOR BOT sur le PS Le bouton Lancer active le mode asservissement Il faut donc s assurer d tre pr t contr ler le robot avant de l activer car le manipulateur suivra imm diatement les mouvements indiqu s par le gant Pour revenir en mode t l commande il suffit de cocher la case pr vue cet effet situ e c t du contr le Homing du SCORBOT Ce dernier comme son nom l indique active le programme d initialisation du robot avant de le remettre dans la position indiqu e par la t l commande 3 2 Mise en condition avant utilisation Le bon fonctionnement du syst me d pend grandement de l installation pr alable des deux p riph riques Pour que le logiciel puisse d marrer il faut videmment que le gant et le robot soient connect s l or dinateur Le SCORBOT ne demande pas plus qu un simple branchement de son connecteur sur le port COMA mais le PS doit tout d abord tre install et configur pour pouvoir tre utilis I
20. r un plan de travail ou encore de reproduire des mouvements de pr cision Mots cl s Robotique SCORBOT Capteur 3D PS glove asservissement Abstract The robot system terminal control by a 3D sensor is the first part of a most important project about the aided surgery thanks to robotic The P5 Glove controller a brand new 3D peripherical points out the position to a hand like manipulator the SCORBOT ER V Plus of ESHED ROBOTEC That s important to test the reliability of 3D sensors before to make choices and continue with surgery purposes and the developped software allows to check our possibilities in the matter We developped an OpenGL window to visualize the position of the two devices and used all the possibilities of the glove to control the system terminal AssertRobot developped in C with QT 3 3 3 allows to take some objects on the worktop or to reproduce the mouvment of the glove on the robot Keywords Robotic SCORBOT 3D sensor PS glove automation
21. ructure nous est encore une fois im pos e par le Langage de Contr le Avanc Le SCORBOT est capable de comprendre une centaine de commandes enregistr es dans son unit de contr le mais nous n en n utilisons que certaines le HOMING d fini par le message home r qui lance le programme interne de test des axes du robot Ce programme permet au SCORBOT de se r initialiser mais demande un certain temps 10 La demande de position des axes d finie par le message listpv NomPosition r entra nant l envoi par le SCORBOT d une cha ne de caract res contenant tes les informations de position courante tan gage et roulis de son organe terminal Les mots cl s defp et teach qui enregistrent les nouveaux param tres X Y Z R et T et envoient au robot une demande de d placement vers cette nouvelle position open et close respectivement open r et close r pour ouvrir et fermer la pince du robot Ainsi il suffit de passer une cha ne de caract res correspondante une commande ACL en param tre de la fonction serie_envoyer pour que le robot la prenne en compte Pour le homing par exemple on crira serie_envoyer home r Le mode de communication d velopp pour l application permet videmment d envoyer ou de recevoir l ensemble des commandes disponible dans le langage ACL 2 2 Programmation du glove P5 Le glove P5 peut tre programm en diff rents langages mais
22. s peuvent encore tre apport es Nous les d clinons en deux parties les am liorations mat rielles que nous d crivons dans une derni re sec tion et les perfectionnements sur le logiciel AssertRobot que nous n avons volontairement pas mis en 18 place afin de garder le temps n cessaire la r daction d une documentation de qualit Tous les axes de libert du robot n ont pas t exploit s notamment le roulis et le tangage de la pince bien que le gant P5 permette pourtant de jouer sur ces deux param tres En terme de programmation leur impl mentation est identique celle r alis e pour les coordonn es X Y et Z et ne pr sente donc aucune difficult Il faut simplement prendre le temps de fixer les valeurs maximales des deux nouveaux param tres qui apparaissent d j dans le programme Le gant P5 demande un talonnage avant utilisation que nous faisions par l interm diaire d un logiciel annexe install en m me temps que les pilotes du p riph rique Nous aurions pu impl menter une fen tre de param trage du gant qui aurait rendu son utilisation autonome de tout autre application Pour finir un pack de d veloppement du P5 est galement disponible depuis peu pour les syst mes d ex ploitation UNIX il aurait donc t int ressant de faire une version LINUX du logiciel d asservissement pour voir comment ce p riph rique se comporte dans un autre environnement 4 3 Adaptabilit du projet L
23. t des conditions de luminosit favorables l utilisation du gant de prendre un objet sur le plan de travail et de le d placer dans l espace Le manipulateur suit parfaitement le mouvement command par la main la condition que celui si ne soit pas trop brusque et que l utilisateur s adapte aux temps de latence imput la liaison s rie Le logiciel d velopp pour l tude est donc parfaitement fonctionnel Sa fen tre de visualisation OpenGL apporte un aspect ludique et attracteur au projet et rend encore plus convivial son utilisation Les deux p riph riques utilis s restent malheureusement bien trop approximatifs pour esp rer pouvoir les int grer dans un but plus scientifique Le PS glove est trop impr cis pour contr ler de fa on optimal le robot et le SCORBOT qui date tout de m me d une vingtaine d ann es pr sente tous les inconv nients des technologies aujourd hui en d calage avec ce qui se fait l heure actuelle Il est donc n cessaire d investir dans un nouveau dispositif de localisation 3D pour obtenir un asservissement de pr cision 20 Table des figures 1 1 LeSCORBOT ER V PIS 1 44 48 2 us rr s Did e dal d a duen ies 1 2 Description des l ments du SCORBOT 1 3 Mouvements des diff rents axes c 4 4 Le de 4 6 E de sua ou ua ue 1 4 Amplitude possible des mouvements 1 5 Position du rep re de d placement L6 LeGlove
24. via le site internet du constructeur con u uniquement pour Windows Nous utilisons donc ce syst me d exploitation pour le d veloppement du projet Un langage objet semble particuli rement indiqu pour l tude puisque une programmation modulaire permet par la suite de ne remplacer qu une partie du programme en gardant par exemple l interface et la gestion de la communication Le langage C est donc utilis pour le d veloppement De plus nous d veloppons sous Microsoft Visual Studio NET 2003 pour donner un aspect nouveau l utilisation des robots SCORBOT naturellement programm s pour les syst mes d exploitation DOS sous TURBO C Pour ne pas perdre en portabilit l interface est r alis e l aide de la librairie graphique QT 3 3 3 de Trolltech et facilite donc son adaptation sous les syst mes UNIX A la suite des premiers tests d utilisation des robots MINI S propos s premi rement et des SCORBOT par la suite nous nous sommes aper u que les communications s ries pausaient souvent des probl mes de fiabilit Il faut donc pouvoir tester la communication avec le robot ind pendamment de l asservis sement sur le capteur 3D afin d tre s r que l organe terminal puisse se d placer selon notre souhait L interface comprend pour cela une t l commande de test des cinq axes du robot plac e dans le coin sup rieur droit de l interface D autre part le cahier des charges nous impose une certaine convi
25. vialit dans la fa on dont l asservis sement est per u par l utilisateur Nous avons choisi pour cela de placer une fen tre de visualisation 3D repr sentant la fois la position du capteur et celle de l organe terminal r alis en OpenGL toujours par souci de portabilit Toutes les informations concernant l asservissement sont donc disponibles sur l interface Cette derni re respecte la majorit des r gles d IHM et propose ainsi un contr le attractif du manipulateur comme le montre le guide d utilisation pr sent en derni re partie de ce rapport Chapitre 2 Guide de d veloppement Ce guide de d veloppement a pour but de faciliter la reprise du programme AssertRobot lors de modifica tions ou d ajouts d am liorations futures Plusieurs parties sont d taill es Nous pr sentons tout d abord la gestion de la communication avec le robot et quelques exemples de commande du manipulateur puis l interface du programme et la gestion du gant 3D Le manuel de r f rences donn en annexe de ce rap port contient l ensemble des mod lisations UML ainsi que les diagrammes de classe et explications sur l ensemble des membres et des m thodes qui les composent Un d veloppeur ayant d j une exp rience de la programmation QT n aura donc aucun mal ajouter des fonctionnalit s ce projet 2 1 Gestion de la communication s rie RS232 La configuration du port s rie RS232 pour la communication avec le robot n
Download Pdf Manuals
Related Search