Retour au site du LAAS-CNRS

Abstract

This paper describes an efficient approach to (self) collision detection and distance computations for complex articulated mechanisms such as molecular chains. The proposed algorithm called BioCD is particularly designed for samplingbased motion planning on molecular models described by long kinematic chains possibly including cycles. The algorithm considers that the kinematic chain is structured into a number of rigid groups articulated by preselected degrees of freedom. This structuring is exploited by a two-level spatially-adapted hierarchy. The proposed algorithm is not limited to particular kinematic topologies and allows good collision detection times. BioCD is also tailored to deal with the particularities imposed by the molecular context on collision detection. Experimental results show the effectiveness of the proposed approach which is able to process thousands of (self) collision tests per second on flexible protein models with up to hundreds of degrees of freedom.

Abstract

Kinematic loop-closure constraints signicantly increase the diculty of motion planning for articulated mechanisms. Congurations of closed-chain mechanisms do not form a single manifold, easy to parameterize, as the congurations of open kinematic chains. In general, they are grouped into several subsets with complex and a priori unknown topology. Sampling-based motion planning algorithms cannot be directly applied to such closed-chain systems. This paper describes our recent work [7] on the extension of sampling-based planners to treat this kind of mechanisms.

Abstract

Un système robotique agit par le mouvement dans un monde physique. La capacité deplanification de mouvement est donc une composante essentielle de l'autonomie du système et constitue un domaine de recherche très actif en Robotique. Le champ d'application de ces méthodes dépasse aujourd'hui le cadre de la Robotique et intéresse des domaines aussi diversifiés que la CAO, la logistique industrielle, l'animation graphique ou la biologie moléculaire. Dans tous ces domaines on est confronté au mouvement de systèmes complexes contenant des chaînes cinématiques fermées. Cette thèse traite de la planification de mouvement pour de tels systèmes. La première partie présente notre contribution théorique et technique. Après avoir proposé une formulation générale de la planification de mouvement sous contrainte de fermeture cinématique, nous décrivons une méthode qui s'inscrit dans le cadre des techniques d'exploration par échantillonnage. Les outils algorithmiques que nous proposons permettent une application efficace de ces techniques à des systèmes mécaniques complexes. La deuxième partie traite de l'utilisation de ces outils pour la résolution de divers problèmes. En Robotique, nos algorithmes ont été appliqués à la synthèse de mouvement de mécanismes parallèles, à la manipulation coordonnée ainsi qu'à la planification de tâches de manipulation d'objets. Enfin, nous abordons une application originale à la biologie structurale pour l'étude des capacités de mobilité de boucles protéiques. Les résultats obtenus à travers ces applications montrent l'efficacité et la généralité de notre approche.

Mots-Clés / Keywords