Grasp planning for object manipulation by an autonomous robot

Abstract

L'evolution autonome d'un robot dans un environnement evolutif necessite qu'il soit dote de capacites de perception, d'action et de decision suffisantes pour realiser la tâche assignee. Une tâche essentielle en robotique est la manipulation d'objets et d'outils. Elle intervient non seulement pour un robot seul mais egalement dans des situations d'interaction avec un humain ou un autre robot quand il s’agit d’echanger des objets ou de les manipuler conjointement. Cette these porte sur la planification de tâches de manipulation d'objets pour un robot autonome dans un environnement humain. Une architecture logicielle susceptible de resoudre ce type de problemes au niveau geometrique est proposee. Generalement, une tâche de manipulation commence par une operation de saisie dont la qualite conditionne fortement la reussite de la tâche et pour laquelle nous proposons un planificateur base sur les proprietes inertielles de l'objet et une decomposition en elements quasi-convexes tout en prenant en compte les contraintes imposees par le systeme mobile complet dans un environnement donne. Les resultats sont valides en simulation et sur le robot sur la base d’une extension des outils de planification developpes au LAAS-CNRS. Le modele geometrique 3D de l’objet peut etre connu a priori ou bien acquis en ligne. Des experimentations menees sur un robot manipulateur mobile equipe d'une pince a trois points de contacts, de capteurs de force et d'une paire de cameras stereoscopiques ont montre la validite de l'approche. The autonomous robot performance in a dynamic environment requires advanced perception, action and decision capabilities. Interaction with the environment plays a key role for a robot and it is well illustrated in object and/or tool manipulation. Interaction with humans or others robots can consist in object exchanges. This thesis deals with object manipulation planning by an autonomous robot in human environments. A software architecture is proposed that is capable to solve such problems at the geometrical level. In general, a manipulation task starts by a grasp operation which quality influences strongly the success of the overall task. We propose a planner based on object inertial properties and an approximate convex decomposition. The whole mobile system taken into account in the planning process. The planner has been completely implemented as an extension of the planning tools developed at LAAS-CNRS. Its results have been tested in simulation and on a robotic platform. Object models may be known a priori or acquired on-line. Experiments have been carried out with a mobile manipulator equipped with a three fingers gripper, a wrist force sensor and a stereo camera system in order to validate the approach.