Implémentation d’un Jumeau Numérique pour le Robotino4 : Contrôle en Temps Réel et Surveillance de la sûreté

Abstract

The concept of Digital Twins (DTs) has emerged as a powerful paradigm for bridging the gap between physical and virtual systems. In robotics, DTs enable real-time monitoring, safe experimentation, and predictive maintenance by creating a synchronized virtual replica of a robot. This Engineering degree report focuses on the design and implementation of a Digital Twin framework for the Robotino4 mobile robot. The proposed framework integrates the Robotino4 hardware and its Gazebo-based simulation within the ROS 2 ecosystem. A dedicated bridge was developed to synchronize odometry, velocity commands, and sensor data between the two entities, while a safety mechanism detects deviations and triggers emergency stops. Experimental validation was conducted through task execution scenarios, demonstrating both successful synchronization and effective anomaly detection in the presence of obstacles. The results highlight the potential of DTs to improve safety, reliability, and maintenance in robotics. Furthermore, this work establishes a foundation for future enhancements such as predictive analytics, enriched simulation environments, and standardized twin models, paving the way for resilient and autonomous robotic systems. ***

Le concept de jumeaux numériques (Digital Twins, DTs) s’impose comme un paradigme puissant pour relier les systèmes physiques et virtuels. En robotique, les DTs permettent la surveillance en temps réel, l’expérimentation sécurisée et la maintenance prédictive grâce à la création d’une réplique virtuelle synchronisée du robot. Ce mémoire d’ingénierie porte sur la conception et la mise en oeuvre d’un cadre de jumeau numérique pour le robot mobile Robotino4. Le cadre proposé intègre le matériel Robotino4 et sa simulation sous Gazebo dans l’écosystème ROS 2. Un pont dédié a été développé afin de synchroniser l’odométrie, les commandes de vitesse et les données capteurs entre les deux entités, tandis qu’un mécanisme de sécurité détecte les écarts et déclenche des arrêts d’urgence. La validation expérimentale a été réalisée à travers des scénarios d’exécution de tâches, démontrant à la fois la synchronisation réussie et la détection efficace d’anomalies en présence d’obstacles. Les résultats mettent en évidence le potentiel des DTs pour améliorer la sécurité, la fiabilité et la maintenance en robotique. De plus, ce travail établit une base pour de futurs développements tels que l’intégration d’outils prédictifs, l’enrichissement des environnements de simulation et l’adoption de modèles standardisés, ouvrant la voie à des systèmes robotiques résilients et autonomes.