Équipe AVR - Automatique Vision et Robotique

ISAV 2021-2022

De Équipe AVR - Automatique Vision et Robotique
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Projets tutorés

  • Présentation et attribution des sujets : mardi 7 décembre à 13h30
  • Début des projets : mardi 30 novembre en salle C138 à TPS;
  • Evaluation des projets : présentation orale des projets le jeudi 10 février de 9h à 14h en salle C138. Le rapport d'une quinzaine de pages maximum et les codes sont à envoyer au(x) tuteur(s) avec copie à G. I. Bara pour le 18 février au plus tard.


Ordre de passage
Etudiants Sujet Heure de passage


  • Sujets :

Sujet 1 :  Event-Triggered Control of a Ping-Pong Ball Air Levitation System  

  • Encadrants :  Hassan OMRAN [1]
  • Objectifs :
    Air levitation of a ping-pong ball (AirPong)
    The use of digital technologies in automatic control has been increasing since the beginning of the 1960's. Nowadays, a digital computer is an essential part of almost any control loop. A classical sampled-data control system consists of a continuous-time plant, interacting (in a feedback loop) with a digital controller. The output of the system is measured at sampling instants and the controller uses the sampled signal to calculate a corresponding control action. In the classical paradigm, the interval between two successive sampling instances is supposed to be constant. This sampled-data system is called to be time-driven. Recently, other approaches have been considered where the sampling is done only "when it is needed". This is of particular interest when the controller is shard between several control systems via a network that connects it to different sensors and actuators. One very important approach is the so-called Event-Triggered formalism. The idea here is to have a smart sensor which measures the state of the system and sends it to the controller only when it becomes necessary (based on a specific criterion). This leads to a significant reduction in the calculation time of the digital controller and less packets sent over the network.
    The objective of this project is to study an event-triggered control method, simulate it using Matlab and evaluate its performance practically by implementing it on the AirPong academic system. The idea of this academic control system is to control the vertical position of a ping-pong ball using an air flow generated by a fan. The position of the ball is measured using a Time-of-Flight distance sensor. The sensor and the actuator are connected to a micro-controller using a UART connection.
  • Déroulement du projet : The project starts with a theoretical study and a simulation of the event-triggered control method. Then, the method will be applied to the AirPong system.
  • Matériel disponible : The ping-pong ball air levitation control system as well as an Arduino Due micro-controller board.
  • Lieu : Telecom Physique Strasbourg
  • Etudiants :

Sujet 2 : Suivi d’une cible laser par la mise en œuvre d’une commande par vision temps réel sur microcontrôleurs à l’aide d’une tourelle PAN-TILT.

  • Encadrants : Christophe Doignon [2]
  • Objectifs : L’objectif général de ce projet est de concevoir un système automatique de suivi visuel pour commander les déplacements d’une tourelle PAN-TILT (deux articulations rotoïdes perpendiculaires motorisées), à l’aide d’une caméra embarquée et de deux calculateurs embarqués. La première particularité de ce projet réside dans le fait que la cible à tracker est issue d’une projection sur un mur d’un faisceau de 2 plans laser orthogonaux, ce qui aboutit à un motif projeté en forme de croix. En s’appuyant sur les notions du cours de Commande et vision relatives aux asservissements visuels basés image, la commande cinématique pourra être synthétisée, puis mise en œuvre sur Raspberry PI 4b. La seconde particularité est de faire fonctionner la carte contrôleur Arbotix-M de la tourelle PAN-TILT avec freeRTOS, exécutif temps réel compatible à la fois avec le microcontrôleur de l’Arbotix-M (AVR Atmega644p) mais aussi avec l’environnement de développement Arduino IDE (version 1.8.13 ou supérieur). Les déplacements à effectuer et les mesures des positions réelles des moteurs seront les principales informations qui transiteront entre la Raspberry PI4b et la carte contrôleur Arbotix-M de la tourelle.
  • Déroulement du projet : outre l'impression 3D d’une pièce d’interface de support de la caméra sur la tourelle au Fablab (modélisation déjà effectuée), le projet devra d’abord mettre en œuvre le suivi complet sans freeRTOS sur l’Arbotix-M, puis dans un second temps, cet exécutif sera intégré et son bénéfice sera évalué. Les traitements et les acquisitions des images seront exécutés sur la Raspberry PI 4b et développées de préférence en C/C++.
  • Matériel disponible : Tourelle pan-tilt PhantomX d’Interbotix (avec 2 moteurs Dynamixel Robotis AX-18A) et son contrôleur (Arduino-compatible) Arbotix-M, une carte Raspberry PI 4b (+chassis+carte mémoire+alim), câble FTDI-USB, Caméra Raspicam v2 et son câble CSI, clavier Raspberry, pointeur laser en croix, fichier STL de conception de l’interface du support de la caméra sur la tourelle.
  • Lieu : Télécom Physique Strasbourg
  • Etudiants :

Sujet 3 : Reconstruction d'environnement par SLAM pour l'endoscopie flexible robotisée

  • Encadrants : Florent Nageotte [3]
Endoscope et photo d'environnement abdominal
  • Objectifs : On souhaite tester des méthodes de SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) pour reconstruire la pose complète d'un object inconnu par rapport à une caméra dans le cas où la mesure du mouvement de la caméra est imprécise. L'application visée est en endoscopie flexible robotisée, où les mouvements de la caméra endoscopique sont mal connus en raison des erreurs sur le modèle cinématique direct du robot (frottement des câbles, déformations du corps de l'endoscope). On se trouve donc dans le cas où on dispose d'un modèle de changement d'état entaché de bruit et d'une mesure visuelle seulement partielle (facteur d'échelle inconnu), pour lequel des méthodes d'estimation d'état par filtrage de Kalman peuvent fournir des solutions intéressantes.
  • Déroulement du projet : Le projet consistera à combiner traitement d'images / vision par ordinateur et méthodes de filtrage sous Matlab. Des méthodes de suivi visuel seront développées, basées sur l'extraction d'indices visuels (SURF / SIFT / ORB) éventuellement combinées à des méthodes de suivi local (méthode de Lucas-Kanade par exemple). Ces développements se baseront sur des données acquises sur un robot d'endoscopie réel (voir figure). En parallèle ou dans un deuxième temps des méthodes de filtrage seront développées et testées en simulation et sur la base des données réelles.
  • Matériel disponible : Machine personnelle équipée de Matlab ou machine en salle de projet.
  • Lieu : Salle de projet à TPS.
  • Etudiants :

Sujet 4 : Robot INCA

  • Encadrants : Loïc Cuvillon[4], Rima Saadaoui[5], Edouard Laroche[6], Iuliana Bara[7]
  • Objectifs : Piloter une plateforme à 3 DDL avec un robot à câbles
  • Déroulement du projet : Ce projet comportera trois phases. Dans un premier temps, une plateforme plane carrée d'environ 20 cm de coté sera réalisée grâce aux outils de prototype rapide disponibles au Fablab. Cette plateforme accueillera les marqueurs infra-rouge permettant la localisation par le système de capture de mouvement. Dans un second temps, vous développerez une simulation du système ainsi qu'une loi de commande permettant d'assurer le suivi d'une trajectoire de référence et de maintenir les tensions des câbles positives. Dans un troisième temps, la loi de commande sera implémentée sur le prototype et testée.
  • Matériel disponible : INCA 6D en configuration 4 câbles, Motion capture System, Simulink RPIT toolbox as control interface
  • Compétences : modélisation, simulation, commande, conception
  • Lieu : Illkirch
  • Etudiants :

Sujet 5 : Robot joueur de Morpion

  • Encadrants : P. Zanne
  • Objectifs : Développement d'un maquette didactique pour la fête de la science montrant comment un robot peut apprendre à jouer au jeu du morpion.
  • Déroulement du projet :
    • Développement du traitement d'image permettant la détection de la grille et de l'état du jeu (position des cercles et des croix)
    • Développement du moteur de jeu : En fonction de l'état de la grille, le moteur doit calculer le prochain coup à jouer par le robot. Ici on souhaite s'appuyer sur de l'intelligence artificielle, et montrer comment un réseau de neurones apprend à jouer
    • Développement de la commande du robot en fonction de l'état de sortie du moteur de jeu et du symbole à jouer
  • Matériel disponible : ordinateur personnel ou ordinateur de la salle de projet, webcam, robot (interface Omega de Force Dimension)
  • Lieu : Télécom Physique Strasbourg
  • Etudiants :

Sujet 6 : Loi de commande prédictive sous contraintes pour Arduino

  • Encadrants : Hassan OMRAN [8]
  • Objectifs : Implémentation d'une loi de commande prédictive sous contraintes sur une carte Arduino Due.

La commande prédictive (Model Preditive Control en anglais) est une branche de l'automatique parmi les plus reconnues en industrie. L'idée est de construire un problème d’optimisation basé sur la prédiction des futurs états du système (à partir du modèle), et la minimisation de la fonction coût afin d’atteindre les objectives de performance, tout en prenant en compte les contraintes : saturations, valeurs interdites pour l'état (vitesse maximale d'un moteur par exemple) .. etc. L’implémentation pratique de ces lois de commande nécessite la résolution, en temps-réel d'un problème d'optimisation de type programmation quadratique avec contraintes, ce qui représente la taches principale du projet. Nous souhaitons tester la solution sur une maquette que nous utilisons pour les travaux pratiques en automatique (QET DC Motor Control Trainer). L'idée et de contrôler la position d'un moteur à courant continue, en minimisant l’énergie du signal de commande et en respectant certaines contraintes.

DC quanser.jpeg
  • Déroulement du projet :
  1. Programmer un solveur des problèmes d'optimisation de type programmation quadratique avec contraintes.
  2. Optimisation du code afin d'atteindre une convergence rapide
  3. Écrire les bibliothèques permettant de formaliser un problème MPC avec effet intégrale
  4. Évaluer la solution sur une maquette de commande de la position d'un moteur à courant continu
  • Matériel disponible :
  1. Maquette de commande de la position d'un moteur à courant continu
  2. Carte contrôleur b permettant de faire l'interface avec la maquette


  • Lieu :
  1. Télécom Physique Strasbourg

Sujet 7 : Vision

  • Encadrants : Adlane Habet
  • Objectifs :
  • Déroulement du projet :
  • Matériel disponible :
  • Lieu :
  • Etudiants :