ISAV 2017-2018

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Visite d'entreprise

  • Visite : Lohr Industries à Duppigheim
  • Date : 28 novembre 2017 de 8h30 à 13h

Projets tutorés

  • Présentation des sujets : vendredi 15 décembre de 10h30 à 12h
  • Debut des projets : vendredi 12 janvier à 8h30 en salle C138 pour les projets qui auront lieu à TPS; vendredi 12 janvier à l'IRCAD pour les projets qui auront lieu à IRCAD (contacter l'encadrant afin d'obtenir un rendez-vous)
  • Evaluation des projets : vendredi 9 février de 8h30 à 13h30 en salle C138
Ordre de passage
Etudiants Sujet Heure de passage
VETTER Madeleine, FAVRE Hippolyte Asservissement visuel indépendant de l'orientation 8h30
BARRIER Émeric, LACHIQ Younesse Lego Segway EV3 dans l'espace d'état 9h00
ALAMI MERROUNI Rim, BLAUDIN DE THÉ Pierre Estimation de la forme d'un endoscope à partir de capteurs électromagnétiques 9h30
BUGEIA Sarah, BENSOUDA Meriem, VOGTENBERGER Pierre Simulation et commande d'un système articulé 10h00
ORTUNO Eva, DASSONVALLE Pierre Identification d'un robot manipulateur Kuka IIWA 10h30
ANGE Mathieu, RIBEIRO Quentin Filtre de Kalman unscented 11h00
DESCAMPS Justine, LELIGOIS Rodolphe Identification d'un système endoscopique robotisé 11h30


  • SUJETS:

Lego Segway EV3 dans l'espace d'état

Segway EV3 (crédit: robotsquare.com)
  • Encadrants : Loïc Cuvillon [1]
  • Objectifs : Identification et commande par retour d'état d'un Segway programmé avec Simulink

Depuis cette année, le TP Lego Segway de la période bloquée 2A utilise Simulink pour programmer par bloc le Lego EV3. De plus, la synthèse complexe de 2 correcteurs PID imbriqués pour piloter le système a été remplacée par un retour d'état unique plus simple à synthétiser.
Bien que le TP se déroule bien, la synthèse du retour d'état utilise un modèle dont les paramètres physiques et mécaniques ont des valeurs imprécises et parfois peu cohérentes, fournies par une vieille étude.
On se propose d'identifier plus précisément ces paramètres pour faire une synthèse plus précise du correcteur et améliorer ainsi les performances.


  • Déroulement du projet :

1/ Tester le TP 2A avec sujet et fichier ici https://intra-etu.telecom-ps.unistra.fr/doku.php?id=enseignants:automatisme_et_robotique On pourra s'aider éventuellement avec:

a) Lego EV3 Simulink: section Exemple, Getting start with LEGO EV3. Le TP utilise une connection USB entre Simulink et le lego.

b) gyroboy Avec les fichiers du projet ci-joint : File:Gyroboy.zip

c) Une modélisation du robot : File:NXTway-GS Model-Based Design.pdf


2/ Identification précise des paramètres du modèle dynamique

a) Identification des paramètres du moteur: Si on regarde les valeurs utilisées dans le TP ou projet Gyroboy, on doit être choqué par la valeur de la constante de couple par rapport à celle de la constante de force contre-électromotrice. De même, la valeur du coefficient de conversion d'une tension en PWM n'est pas aberrant mais visiblement erroné.

Identifier un modèle ou utiliser des valeurs données dans diverses études si vous pouvez argumenter sur leur exactitude. Entre autres : File:06gr508.pdf, File:Essai_moteur_NXT.pdf, File:Lego_PID.pdf

b) Paramètre mécanique de l'EV3 :

- utiliser une balance (on en a une au labo) pour peser les éléments importants

- évaluer la position du centre de gravité, inertie par calcul approché ou identification (période des oscillations en mode pendule en retirant les roues et leurs axes, remplacés par un fil ou fin axe pour rotation libre)

b.bis) Communication sans fil Simulink/Matlab <-> ev3 pour monitoring (External Mode) Le mode externe permet en temps réel de communiquer entre Simulink et l'EV3. C'est utile pour modifier en ligne des paramètres (correcteurs ou consignes(pilotage)), ou visualiser dans un scope ou exporter dans le workspace le vecteur d'état du système. Donc assez indispensable pour faire une identification. La communication USB ne permet pas de récupérer des données il semble. Il impose un connection réseau filaire ou sans fil : on pourra utilisera un adaptateur USB-ethernet pour tester en filaire mais idéalement un dongle WIFI sur le PC en hotspot et un dongle WIF sur l'EV3. https://www.mathworks.com/hardware-support/lego-mindstorms-ev3-simulink.html Lego EV3 Simulink]: section Exemple, Communicating with LEGO® MINDSTORMS® EV3™ Hardware


3/ Ajustement en conséquence du correcteur par retour d'état proposé dans le TP (placement de pôles)

a) soit régler le placement de pôle, ajouter le bloquer d'ordre 0 manquant dans le Simulink.

b) Ensuite, tester avec une commande LQR.


4/ Pour aller plus loin : Mise en place d'un observateur pour estimer la position angulaire du Segway et vitesse des roues (Pour remplacer l'intégration avec dérive et la dérivation numérique (problème de bruit de dérivation) de la position des roues) permettant entre autre une commande LQG.

Pilotage à distance de l'EV3.

  • Matériel disponible:
  1. Un lego EV3 et son dongle wifi
  2. Matlab avec la toolbox EV3 Simulink de Mathworks

Tutorial Lego Simulink: https://www.mathworks.com/hardware-support/lego-mindstorms-ev3-simulink.html Voir Example : Getting start with Lego EV3#

  1. Documents utilisés pour la création du TP (dont équations du modèle dynamique obtenu par Euler-lagrange)
  • Lieu : TPS Illkirch
  • Etudiants : BARRIER Émeric, LACHIQ Younesse

Shield analogique pour Arduino Due

  • Encadrants : Morgan MADEC et Hassan OMRAN
  • Objectifs : La conception et la réalisation d'une carte d’interface analogique pour Arduino Due
Arduino Due
  • Déroulement du projet : La carte Arduino Due est munie d'un microcontrôleur "32-bit ARM core" ainsi que des convertisseurs analogique/numérique et numérique/analogique. Cela le rend idéal pour le prototypage rapide des boucles de commande numérique et d'autres applications. Cependant, afin d’utiliser la carte avec nos maquettes, il est nécessaire de réaliser une carte d'interface (Shield) permettant d'avoir :
  1. quatres entrées analogiques (de -12 à +12) avec des filtres anti-repliement
  2. deux sorties analogiques (de -12 à +12)
  3. deux entrées pour des codeurs incrémentaux
  4. deux sorties de type MLI
  5. l'alimentation nécessaire pour les AOP
    L'interface permettra de contrôler les maquettes à partir de Simulink et de tracer les signaux et de changer des paramètres en temps réel. Après la conception et la réalisation de la carte d'interface, il sera testé sur les maquettes de commande de température et la lévitation magnétique dont on dispose dans la salle des travaux pratiques.
  • Matériel disponible: Une carte Arduino Due, Matlab/Simulink avec support package pour Arduino
  • Lieu : TPS Illkirch
  • Etudiants :

Estimation de la forme d'un endoscope à partir de capteurs électromagnétiques

  • Encadrants : Laurent Goffin [2] et Benoît Rosa [3]
  • Objectifs : Estimation de la forme d'un endoscope à partir de capteurs électromagnétiques
  • Déroulement du projet : Le projet consiste à développer un algorithme d'estimation de la forme d'un endoscope à partir de multiple capteurs électromagnétiques, en prenant en compte l'incertitude de mesure. Une rapide recherche bibliographique identifiera les algorithmes prometteurs, et ceux-ci seront ensuite implémentés. Définir des critères pertinents et comparer les résultats avec la solution technique actuelle.
  • Matériel disponible: données provenant de gestes de gastroscopie dans un modèle ex vivo. Une implémentation d'un algorithme basique de reconstruction est disponible.
  • Lieu : IRCAD de préférence, mais possible de travailler à distance si les élèves installent les logiciels sur leur machine
  • Etudiants : ALAMI MERROUNI Rim, BLAUDIN DE THÉ Pierre

Simulation et commande d'un système articulé

  • Encadrants : Maciej Bednarczyk [4]
  • Objectifs : Mise en place, implémentation et validation par simulation de lois de commande pour un système articulé de type pendule inverse rotatif.
  • Déroulement du projet :
  1. Étude bibliographique
  2. Mise en place du modèles dynamiques et linéarisation du système
  3. Discrétisation du modèle
  4. Mise en place et implémentation d'une loi de commande prédictive
  5. Simulation et validation des résultats sur SimMechanics, qui est une Toolbox Matlab pour simuler des systèmes mécaniques.

  • Matériel disponible: Matlab + Simulink + SimMechanics
  • Lieu : TPS Illkirch
  • Etudiants : BUGEIA Sarah, BENSOUDA Meriem, VOGTENBERGER Pierre

Identification d'un robot manipulateur Kuka IIWA

  • Encadrant : Bernard Bayle [5]
  • Objectifs :

Les robots dits collaboratifs autorisent l'interaction physique avec des utilisateurs. On s'intéresse ici plus particulièrement à un robot Kuka IIWA, robot redondant doté de 7 articulations. Le projet porte sur l'identification, au moins partielle, de son modèle dynamique à des fins de commande (la commande ne fait pas partie du sujet).

  • Déroulement du projet :
  1. lecture d'articles sur la modélisation et l'identification des robots manipulateurs
  2. prise en main de la boite à outil Matlab dédiée à l'identification
  3. définition des trajectoires nécessaires à l'identification est obtention de données en collaboration avec l'équipe AVR @IRCAD
  4. identification des paramètres et comparaison avec la littérature
  • Matériel disponible:

L'équipe AVR dispose d'un robot Kuka IIWA à sa plate-forme de l'IRCAD, sur lequel travaille un doctorant. Des données nécessaires à l'identification du robot Kuka IIWA pourront ainsi être collectées par ce biais.

  • Lieu : TPS Illkirch (majoritairement) et IRCAD

Deux publications sur le sujet : ici

  • Etudiants : ORTUNO Eva, DASSONVALLE Pierre

Filtre de Kalman unscented et filtre à particules pour l'estimation d'état et des paramètres d'un système non linéaire

  • Encadrants : G. Iuliana Bara
  • Objectifs : Implémentation du filtre de Kalman unscented et du filtre à particules pour l'estimation d'état et des paramètres d'un système masse-ressort-amortisseur avec un comportement hystérétique dégradant
  • Déroulement du projet : simulation du modèle non-linéaire, implémentation de ces deux méthodes pour l'identification des paramètres et l'estimation d'état
  • Matériel disponible: PC avec matlab, simulink
  • Lieu : TPS Illkirch
  • Etudiants : ANGE Mathieu, RIBEIRO Quentin

Asservissement visuel indépendant de l'orientation

  • Encadrants : Florent Nageotte [6]
  • Objectifs : Ce projet s'inscrit dans le cadre de la commande d'un système d'endoscope flexible robotique (STRAS, voir page web ). En particulier on souhaite développer une commande permettant de suivre automatiquement une cible anatomique à partir des images endoscopiques. Une des problématiques rencontrées est que l'environnement est inconnu (pas de modèle) et que l'endoscope principal est sous-actionné (seulement 4 DDLs). C'est pourquoi on souhaite développer un algorithme d'asservissement visuel basé image indépendant de l'orientation de la caméra par rapport à l'objet, de sorte à pouvoir positionner automatiquement l'endoscope par rapport à l'environnement sans avoir à se préoccupper du changement d'orientation de la cible (du par exemple au mouvement physiologique).
Endoscope flexible robotisé pendant une tâche de suivi actif
  • Déroulement du projet :
    • Développement d'un algorithme de commande dans un environnement de simulation (Matlab)
    • Tests en simulation
    • Développement des algorithmes de vision nécessaires et tests sur des images de laboratoire ou
    • Implémentation sur des cibles simples sur le robot STRAS
  • Matériel disponible : Machine avec Matlab (possibilité pour les étudiants d'utiliser leur propre machine pour tous les développements de simulation), système robotique STRAS, images acquises in vivo
  • Lieu : IRCAD ou TPS Illkirch
  • Etudiants : VETTER Madeleine, FAVRE Hippolyte

Identification d'un système endoscopique robotisé par Machine Learning

  • Encadrants : Rafael Aleluia Porto [7]
  • Objectifs : Évaluation de différents algorithmes de machine learning pour identifier les hystérésis provenant de la transmission mécanique à câble sur la plateforme STRAS (système d'endoscope flexible robotisé). Le travail sera effectué à l'aide de Matlab.
  • Déroulement du projet :
    • Etude bibliographique
    • Développement des algorithmes de machine learning (régression linéaire, K Nearest Neighbors Regression). D'autres méthodes pourront êtres proposées en fonction de l'avancement des travaux.
    • Développement des outils d'évaluation des algorithmes de machine learning (courbe d'apprentissage, courbes de validation)
    • Application des algorithmes sur les données existantes. De nouvelles acquisitions peuvent être réalisées sur le robot en cas de besoin.
    • Comparaison des résultats entre les différentes méthodes
  • Matériel disponible : Système robotique STRAS, système de mesure extéroceptif (caméras stéréo)
  • Lieu : IRCAD (pour les réunions), le travail à distance est possible.
  • Etudiants : DESCAMPS Justine, LELIGOIS Rodolphe

TP de piratage de système embarqué

  • Encadrant : Jacques GANGLOFF
  • Objectifs : Les systèmes embarqués sont en interaction étroite avec des systèmes physiques. En cas de défaillance, ce n'est pas seulement le logiciel qui est impacté, le matériel peut simplement dysfonctionner dans le meilleur des cas et provoquer des dommages dans le pire des cas. Leur robustesse aux attaques informatiques est donc cruciale surtout depuis qu'ils sont connectés à internet. Dans le cadre de l'évolution de la formation, nous envisageons d'introduire des travaux pratiques de sécurité des systèmes embarqués. Des travaux pratiques simulant diverses attaques de systèmes embarqués seront proposés aux étudiants. Le but de ce projet est d'évaluer toutes les attaques qu'il est possible de réaliser sur une caméra IP pan/tilt/zoom extrêmement courante : l'AXIS PTZ 214. Il se trouve que ce type de caméra était au coeur d'un des plus grands botnets de ces dernières années.
  • Déroulement du projet :
    • Étude bibliographique : analyse de toutes les vulnérabilités de ce système embarqué.
    • Rédaction d'un sujet sous forme de challenge : pirater cette camera en testant plusieurs approches décrites. L'objectif étant de prendre le contrôle à distance de la caméra.
    • Bêta-tester le sujet en soumettant le challenge à tout le département i2S avec une incitation ludique : évaluation de la faisabilité des questions par des statistiques via Google forms.
  • Matériel disponible : une camera AXIS PTZ 214
  • Lieu : Illkirch, équipe AVR
  • Profil : Geek
  • Etudiants :