Soutenance de thèse de Matthieu Lapeyre

Poppy: Open source 3D printed and fully-modular robotic platform for Science, Art and Education

Matthieu Lapeyre

Flowers Team

Inria Bordeaux Sud Ouest

matthieu.lapeyre@inria.fr

Poppy comme plate-forme robotique communautaire, modulaire et reproductible

• Contexte scientifique et les motivations pour créer une nouvelle plate-forme robotique

• Notre approche de conception permettant:
• modifier librement la morphologie
• assurer la reproductibilité scientifique

• La plate-forme Poppy Humanoid

• Expérimentations de Poppy dans différents domaines

• Limites et perspectives

Contexte

R. Brooks

C. Breazeal

PY. Oudeyer

Construire des robots pour mieux comprendre les mécanismes des êtres vivants

A380 vs X-29

• Le développement cognitif
• L'interaction physique, sociale et le langage
• L'apprentissage de nouvelles compétences sensori-motrices
• L'auto-organisation et l'émergence
• etc.

Rolf Pfeiffer, "Comment le corps façonne la manière de raisonner ?"

Collège de France, 12/03/2012.

Un principe essentiel des mécanismes naturels consiste en leur incarnation dans un corps physique en interaction avec le monde réel.

Limite dans la pratique scientifique:

Les résultats d'expériences en robotique dépendent très fortement de la plate-forme utilisée.

Ces travaux montrent que le comportement d'un agent ne dépend pas uniquement de son contrôle mais aussi de ses propriétés morphologiques et de l'environnement dans lequel il agit.

Prototypes

• Conception non-modulaire
• Très difficile et coûteux à modifier

1. Considérer le corps robotique comme une variable expérimentale.

2. Rendre les expérimentations scientifique reproductibles dans les autres laboratoires.

Perspectives

Développement de briques technologiques

Impression 3D

Open source et partagé entre plusieurs laboratoires

Créer une plate-forme robotique modulaire, accessible, reproductible et communautaire.

• faible coûts (production unitaire)
• rapide,
• accessible,
• reproductible,
• multi-materiaux,

• les différentes dimensions technologiques liées à la robotique (mécanique, électronique, contrôle,...) sont modularisées afin d'être facilement reconfigurées,

Electronique

La modification de sa morphologie est coûteuse et compliquée

• chaque éléments donne accès à certains niveaux de personnalisations,

• ces modules sont conçus à partir de technologies robustes, modernes, fiables et facilement reproductibles.

Arduino

• simplifier l'utilisation pour rendre la plate-forme plus accessible,

• création d'une communauté pour assurer l'entraide, la diffusion et développement collaboratif.

Simulateur

Ensemble de briques technologiques open-source pour la conception de créatures robotiques modulaires.

• beaucoup d'entrée-sorties (numériques, analogiques, bus de communications),

• programmation très simple,

• communauté Arduino: beaucoup de capteurs de toutes sortes disponibles et plug'n'play.

pypot

Robotis Dynamixel

Open source

Discussions

Portail web

Dépôts Git

L'intégralité du développement et de la documentation faite dans le cadre du projet Poppy sont distribués sous licences open source:

• Présenter le projets et les technos

• Source de visibilité pour la communauté

• populaire dans la communauté robotique,

• gamme de puissance étendue,

• intègre le contrôle bas niveau, un bus de communication et plusieurs capteurs,

• permet d'ajuster dynamiquement leur compliance.

Chaque module est partagé via un dépôt Git:

• simplifie la gestion des sources (versioning, releases)

• Conçu pour contrôler des robots dont le hardware peut changer grâce à des contrôleurs bas-niveaux modulaires.

• Génère une API d'utilisation simple pour la programmation de comportements.

• Actuellement compatible avec Dynamixel, V-Rep, Arduino, Optitrack...

• workflow conçu pour le développement collaboratif (branches, fork, merge, pull request)

Développement de créatures robotiques

• USB2AX
• Arduino Uno
• Poppy IO Board

Design minimaliste et lignes douces (grosse tête et yeux) facilitant l'acceptation sociale du robot.

• Nombre réduit de pièces
• Détrompeurs
• Blocages mécaniques
• Documentation de montage
• Configuration logiciel commune

Tronc composé de 5 degrés de liberté, configuration introduite par O.Ly avec Acroban:

Limites ?

Flowers R&D

Limiter la puissance pour la sécurité du robot et des personnes.

Structure totalement imprimée en 3D, modulaire et paramétrée permettant de faire varier les propriétés d'une pièces ou de la remplacer par d'autres designs.

• Conception simple et modulaire
• Polyvalent (25 DoFs, tête, tronc...)
• Robuste aux experimentations
• Coût ~6500€ HT

Expérimentations

Communauté Poppy

États courant

Répartition (Oct13-Jan14)

Le projet Poppy a pour ambition de proposer une plate-forme modulaire que les artistes peuvent facilement s’approprier dans leurs propres recherches plastiques.

niveau primaire

(programmation/robotique)

Limité à la programmation

Forum Poppy

• 280 membres
• 230 topics
• 1400 posts

Poppy:

• Projets multi-disciplinaires (mécanique, électronique, informatique,...)
• Open source => accès à tous les détails de conception
• Communautaire => échange de projets
• Modulaire => peut être modifié en fonction des besoins

Les motivations initiales de la conception de Poppy étaient de pouvoir à la fois:

Développement d'une communauté multi-disciplinaires

• librement et facilement modifier sa morphologie pour explorer différents mécanismes impliquant le corp,

Techno Poppy

• pypot: 18 forks
• Poppy Humanoid: 14 forks

Atelier 1,5 jours avec 40 élèves et 1/2 Poppy:

• rendre les expériences reproductibles dans la communauté scientifique.

>>500 téléchargements

Pousser le robot dans ses limites.

• Ils ont appris à programmer avec pypot très rapidement.
• Le robot donne un contexte motivant aux élèves,

• Ne pas compter sur le matériel informatique des écoles.
• Importance d'avoir du contenu traduit dans la langue maternelle.
• Réduire les étapes nécessaires avant d'avoir un environnement de travail efficace.

Questions

Conclusions

• 8 force sensors under each foot
• Measuring 2 particular areas

• Local sensor loop done by an Arduino Nano processing the measurements
• and whichcan compute the resultant CoP

• Conception de la plate-forme Poppy, ensemble d'outils accessibles, open source, modulaires permettant la réalisation de créatures robotique reproductibles.

• Création d'un humanoide reproductible et reproduit plusieurs fois.

• Évaluation de nos outils avec plusieurs expérimentations dans différents domaines (Science, Art, Éducation) ayant impliquées autant de collaborations.

ADT Focus

Logiciel Education

• Lancement une communauté multi-disciplinaires.

• Réalisation d’un environnement de développement Python stand alone.

• Création de contenus pédagogiques pour lycée, école d’ingénieurs, université.

• Développement d’une version mini de Poppy (low cost).

• Integration des contributions et gestion de la communauté.

• Développement d'actionneurs SEA open source et low cost.

• Transfert technologique vers start-up et/ou association.