Dissertations / Theses on the topic 'Robotique en milieu hostile'

Le travail proposé dans le cadre de cette thèse s’inscrit dans l’amélioration de la qualité de production et des conditions de travail des sites sidérurgiques de Saint-Gobain PAM. Il a été proposé d’étudier et de développer un système robotique collaboratif capable d’assister un opérateur dans des tâches répétitives, pénibles et parfois dangereuse dans un environnement extrême de chaleur et de poussières. Récemment passé CMR, les poussières de silice cristallines représentent la plus grande problématique nécessitant d’étudier des solutions alternatives aux méthodes de production actuelles. Plus concrètement, le poste de travail de l’opérateur, qui est critique pour la qualité de production, nécessite une attention et un savoir-faire exigeant. Le travail de l’opérateur consiste à surveiller, nettoyer, revêtir, maintenir un organe de coulée de fonte d’une machine à centrifuger servant à la production de tuyau en fonte ductile. De nombreux mouvements réalisés par l’opérateur sont caractérisés comme rythmique et forme un cycle limite fermé dont on observe un comportement identique chez les oscillateurs dynamiques. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier une solution alternative permettant de réduire l’exposition de l’opérateur. Le choix technologique c’est porté sur la téléopération d’un système robotique afin de reproduire les tâches à distance hors des zones d’expositions. Le contrôle de ces tâches rythmiques sera effectué par différentes modèles d’oscillateur et différents moyens de téléopération. Cette thèse aura également pour but d’étudier l’implémentation de deux oscillateurs dynamiques, ceux de Hopf et Rowat-Selverston couplé à trois différents dispositifs de téléopération. Grâce aux différents essais, nous avons observé l'impact d'un contrôle avec un oscillateur dynamique par rapport à un contrôle sans. On observe également l'impact que pourront avoir les différents dispositifs de téléopération dans les signaux de commande
The work proposed as part of this thesis is part of improving the production quality and working conditions of Saint-Gobain PAM steel sites. It was proposed to study and develop a collaborative robotic system capable of assisting an operator in repetitive, painful and sometimes dangerous tasks in an environment of extreme heat and dust. Recently passed CMR, crystalline silica dust represents the biggest problem requiring the study of alternative solutions to current production methods.More specifically, the operator's workstation, which is critical for the quality of production, requires demanding attention and know-how. The operator's job is to monitor, clean, coat, maintain a cast iron casting member of a centrifuge machine used in the production of ductile iron pipe. Many movements made by the operator are characterized as rhythmic and form a closed limit cycle, the same behavior of which is observed in dynamic oscillators.The objective of this thesis is therefore to study an alternative solution to reduce operator exposure. The technological choice fell on the remote operation of a robotic system in order to reproduce the tasks remotely outside the exhibition areas. The control of these rhythmic tasks will be carried out by different models of oscillator and different means of teleoperation. This thesis will also aim to study the implementation of two dynamic oscillators, those of Hopf and Rowat-Selverston coupled to three different teleoperation devices.Thanks to the various tests, we observed the impact of a control with a dynamic oscillator compared to a control without. We can also observe the impact that the various remote operation devices may have on the control signals

Ce document présente une synthèse de mes contributions scientifiques au domaine de la micromanipulation robotique. La manipulation d'objets de tailles microscopiques, dont le comportement est régi par des effets de surfaces, nécessite des nouvelles solutions de préhension et d'assemblage. L'approche générale proposée dans ce manuscrit repose sur la proposition d'effectuer la manipulation présentant des avantages comme, par exemple, la stabilisation des comportements par effets visqueux ou le contrôle des propriétés de surface par des principes électrochimiques. La démarche scientifique présentée au chapitre 1 repose sur trois étapes mises en oeuvre lors de l'étude de la micromanipulation robotique en milieu liquide dont le contexte bibliographique est exposée au chapitre 2. La première étape (chapitre 3) consiste en un travail de modélisation des interactions entre micro-objets afin d'en prédire et d'en simuler le comportement. Sur la base de ces modèles, des stratégies de micromanipulation (chapitre 4) ont été proposées et des travaux scientifiques ont été menés sur leur caractérisation et leur commande. Ces stratégies de micromanipulations représentent le coeur des cellules robotiques de micro-assemblages présentées au chapitre 5. Les perspectives de ces travaux portant sur l'exploration du no man's land entre microscience et nanoscience, la proposition de méthodes permettant la création de micro-assemblages complexes et fonctionnels, ainsi que l'ouverture vers la manipulation robotique de cellules biologiques, font l'objet d'un dernier chapitre.

De nos jours, l’échange électronique est le seul média qui offre l’accès à l’information pour tous, partout et tout le temps, mais en même temps il s’est ouvert à de nouvelles formes de vulnérabilités. La régulation des systèmes numériques, en héritage de la régulation cybernétique, maintient les équilibres à l’aide d’une boucle de rétroaction négative. Ainsi, leurs sys-tèmes de défense, désignés sous le terme de zone démilitarisée (DMZ) suivent-ils une régulation cybernétique en émettant ce que l’on appelle des évènements de sécurité. De tels évènements sont issus de sondes de surveillance qui matérialisent la ligne de dé-fense du système régulé. Toutefois, de telles sondes sont des système-experts et ces évènements appris au préalable ne rendent pas toujours compte de la dynamique de l’environnement et plus encore de la psychologie des individus. Plus encore, la multi-plication des systèmes de surveillance a entrainé une production considérable de ces évènements rendant cet ensemble de plus en plus inefficace. Par ailleurs, les systèmes vivants obéissent à une régulation complexe, l’homéostasie, qui les guide dans l’incertain à l’aide de mécanismes de surveillance continue. La force de tels mécanismes repose sur la variété des points de vue qu’ils empruntent ce qui leur permet de conjuguer leurs connaissances préalables à leurs informations de contexte pour comprendre leur environnement et s’adapter. Dans notre thèse, nous proposons d’associer à chaque système communicant, un sys-tème de surveillance continue : Dangerousness Incident Management (DIM) qui rend compte des changements de l’environnement en collectant et analysant toutes les traces laissées par les activités des usagers ou systèmes, légitimes ou non ; de cette manière, un tel système accède à une information étendue et reste sensible à son contexte. Néan-moins, plusieurs difficultés surviennent liées à la compréhension des informations re-cueillies dont le sens est noyé dans une grande masse d’informations, elles sont deve-nues implicites. Notre contribution principale repose sur un mécanisme de fouille de données adapté aux informations implicites. Nous proposons une structure à fort pou-voir d’abstraction fondée sur le principe d’un treillis de concepts. À partir de ce modèle de référence adaptatif, il nous est possible de représenter tous les acteurs d’un échange afin de faire coopérer plusieurs points de vue et plusieurs systèmes, qu’ils soient hu-mains ou machine. Lorsque l’incertitude de ces situations persiste, nous proposons un mécanisme pour guider l’usager dans ses décisions fondé sur le risque et la confiance. Enfin, nous évaluons nos résultats en les comparant aux systèmes de références Com-mon Vulnerabilities and Exposures (CVE) proposés par le National Institute of Stan-dards and Technology (NIST)
Nowadays, the electronic form of exchanges offers a new media able to make easy all information access, ubiquitous access, everywhere and everytime. But, at the same time, such a media - new, opened and complex - introduces unknown threats and breaches. So, how can we start up trust exchanges? From the system theory point of view, the cybernetic regulation maintains the sys-tems equilibrium with negative feedback loops. In this way, the defense line is based on a set of defense components still named Demilitarized Zone (DMZ) in order to block flow, to control anomalies and give out alerts messages if deviances are detected. Nev-ertheless, most of these messages concern only anomalies of machines and very little of human. So, messages do not take into account neither psychological behavior nor the dynamic of the context. Furthermore, messages suffer of the "big data" problem and become confused due to too much velocity, volume and variety. Finally, we can limit this problem to the understanding difficulty during the access to the specific knowledge in connection with the message. For example, the identity theft with the XSS attack is an illustration of this unfriendly environment. On the contrary, the living sciences show that organisms follow a positive regulation by where each one itself adapts according to his complexity. For that, they deploy adapted and continuous environment monitoring process still named "homeostasis". During this cycle, inputs capture information, then outputs adjust in response corre-sponding actions : this is the feedback. The strength of such a mechanism lies on the information meaning and in particular on the clues they include. In fact, some of these information include clues by which organisms can explain situations. For example, the information « attention" alludes to dangerous situation. This faculty comes from ad-vanced knowledge having first explicit relationship with this information: this relation forms what we call the "cognitive loop". To illustrate this phenomenon, the cognitive sciences often evoke "a friend immediately recognized by her friend" despite he is swal-lowed up in the crowd. But, the cognitive loop should not be broken. Like the living beings functioning, our work propose a cognitive model named Diag-nostic And Incident Model (DIM). The main idea lies on the context-aware model in order to adapt itself like "homeostasis". DIM has been founded on the principle of the "cognitive loop" where the inputs are the "logs" of numerics systems. So, in order to make easier the comparison between contextual and known situation, we will design "logs" and advanced knowledge by a common model. DIM proposes a conceptual struc-ture to extract clues from massive and various "logs” issued from environment based on advanced knowledge acquisition. Then, we propose the cognitive structure will be applied to the anomaly detection, incident management and diagnosis process

Les modèles dynamiques sont incontournables en synthèse d'animations car ils permettent la simulation réaliste de phénomènes physiques et accordent une meilleure immersion dans un monde virtuel. Plusieurs approches performantes permettent l'animation d'objets déformables, mais les scènes sont souvent complexes à modéliser rendant leur utilisation difficile en pratique. Dans cette thèse nous proposons une solution simplifiant l'animation physique interactive d'objets déformables. Nous suggérons de plonger et d'interpoler l'objet dans une grille déformable sur laquelle s'appliquent des lois mécaniques. Une méthode d'éléments finis rapides et robustes a été étendue afin de prendre en compte la répartition de la matière et plusieurs propriétés de matériaux à l'intérieur d'un élément, et ainsi offrir un comportement amélioré à des résolutions grossières. Afin de concentrer les calculs là où ils sont le plus nécessaires, une formulation multirésolution simple est proposée. Puis nous analysons deux méthodes permettant d'améliorer la propagation des déformations pour des matériaux "mal conditionnés" : une formulation hiérarchique des élément finis, lourde à mettre en place mais permettant facilement la multirésolution, et une formulation multigrid, élégante et performante, mais plus difficile à décliner en multirésolution. Enfin nous validons la précision de notre méthode en la soumettant à diverses expériences. Il en résulte une méthode rapide, robuste, précise et facile d'utilisation aussi bien pour un infographiste, qui peut animer n'importe quel modèle sans connaissances préalables, que pour la modélisation individualisée d'un patient à partir d'images médicales segmentées
Physically based models are invaluable in the field of animation synthesis because they permit realistic simulation of physical phenomena and allow for better immersion in a virtual world. Several approches exist for animating soft bodies, but the modelling is often complex and difficult to use in practice. In this thesis, we introduce simplified process for the interactive, realistic physical animation of deformable objects. In this approach, the object is imbedded within a deformable grid to which mechanical laws are applied. A fast and robust finite element method is extended to take into account the distribution of material and material properties inside an element, thereby offering improved behavior for coarse resolutions. To allow for interactive running times, a simple multiresolution formulation is proposed to focus computations where they are most necessary. To improve the propagation of deformations for "poorly conditioned" materials, two methods are evaluated: a hierarchical finite elements formulation, which is difficult to set-up but facilitates the multiresolution approach, and a multigrid formulation, which is elegant and efficient but more difficult to use in the multiresolution framework. Finally the precision of our method is experimentally validated and examples are shown for a wide-range of models. In summary, this thesis presents a fast, robust, accurate, and easy-to-use approach for the physically realistic animation of deformable objects. This method simplifies both the task of the graphic artist, since prior knowledge in mechanics is not required, and the task of patient-specific modelling since segmented medical images are directly exploitable

En nous fondant sur les methodes bayesiennes de fusion de donnees, nous voyons se constituer une famille de problemes de gestion de ressources applicables au cas d'un systeme multicapteur dont l'observabilite imparfaite est representee par une fenetre d'observation restreinte. La formulation qui s'impose a nous est celle du controle stochastique de la perception, dont nous considerons le champ et les techniques d'application ainsi que les limites. Nous insistons sur la necessite, et les difficultes, d'une demarche experimentale complementaire, destinee a valider les outils algorithmiques issus de la theorie, et presentons a cette fin une methodologie concretisee par une plate-forme robotique multi-capteurs

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent sur le problème de la perception de l'environnement en milieu urbain, complexe et dynamique et ce en présence de mesures extéroceptives bruitées et incomplètes obtenues à partir decapteurs embarqués. Le problème est formalisé sous l'angle de la fusion de données capteurs à l'aide d'une représentation spatiale de l'environnement. Ces travaux ont été réalisés pour la navigation autonome de véhicules intelligents dans le cadre du projet national ANR CityVIP. Après avoir considéré les principaux formalismes de modélisation de l'incertitude, un système de fusion de grilles spatio-référencées gérant l'incertitude avec des fonctions de croyances est étudié. Ce système est notamment capable de fusionner les mesures d'un lidar multi-nappes et multi-échos, obtenues à différents instants pour construire une carte locale dynamique sous la forme discrète d'une grille d'occupation évidentielle.Le principal avantage des fonctions de croyance est de représenter de manière explicite l'ignorance et ne nécessite donc pas d'introduire d'information à priori non fondée. De plus, ce formalisme permet d'utiliser facilement l'information conflictuelle pour déterminer la dynamique de la scène comme par exemple les cellules en mouvement. Le formalisme de grilles d'occupation évidentielles est présenté en détails et un modèle de capteur lidar multi-nappes et multi-echos est ensuite proposé. Deux approches de fusion séquentielle multi-grilles sont étudiées selon les paradigmes halocentréet égo-centré. Enfin, l'implémentation et les tests expérimentaux des approches sont décrits et l'injection d'informations géographiques connues a priori est étudiée. La plupart des travaux présentés ont été implémentés en temps réel sur un véhicule du laboratoire et de nombreux tests en conditions réelles ont été réalisés avec une interface d'analyse de résultat utilisant une rétro-projection dans une image grand angle. Les résultats ont été présentés dans 5 conférences internationales [Moras et al., 2010, Moras et al., 2011a, Moras et al., 2011b, Moras et al., 2012, Kurdej et al., 2012] etle système expérimental a servi à la réalisation de démonstrations officielles dans le cadre du projet CityVIP à Paris et lors de la conférence IEEE Intelligent Vehicles Symposium 2011 en Allemagne.

La volonté actuelle de réduire les risques environnementaux et humains amène les chercheurs à trouver de nouvelles solutions de traitement-recyclage poussé des combustibles usés. Dans le but de réduire les volumes d’effluents qu’elle génère, ses temps de réponse et son coût, la miniaturisation de l’analyse chimique en ligne constitue l’un des principaux enjeux de ces recherches. Dans ce contexte, le présent manuscrit traite de la conception, du dimensionnement, de la fabrication et de la caractérisation d’un capteur spectrophotométrique intégré sur verre borosilicate, pour l’analyse des cations radioactifs. Le dispositif, nommé « guide à nanocanal », est réalisé à l’aide des techniques de gravure sèche par plasma et d’échange d’ions. Il contient un coeur ruban surmonté d’un canal de (100 ± 10) nm de profondeur et d’un coeur plan, et permet la propagation d’un mode hybride optimisant ainsi l’interaction fluide/onde guidée sur un large domaine de longueurs d’ondes. Des mesures spectrales d’une solution de nitrate de néodyme en milieu nitrique peu acide (pH 2) et un traitement statistique ont permis de démontrer une limite de détection minimale en terme de coefficient d’absorption de (3,7 ± 0,9) x 10-3 cm-1 sur une longueur de (3,70 ± 0,05) cm et un volume de seulement (7 ± 3) nL. Une structure permettant d’augmenter la longueur d’interaction et donc de diminuer la limite de détection est proposée en perspectives de ce travail, de même qu’une étude préliminaire pour l’utilisation du dispositif en milieu actif
The current will of reducing environment and human hazards has led the scientists to imagine new solutions for nuclear waste reprocessing. Miniaturized online chemical analysis of industrial processes has in particular an important role to play to reduce effluent volumes, response times and costs. In this context, we present the design, fabrication and characterization of an integrated spectrophotometric sensor on glass for chemical analysis of radioactive cations. The device is called a ―nanochannel waveguide‖ and is fabricated by reactive ion etching and ion exchange on glass. It is made of two borosilicate glass wafers bonded together. The first one contains a strip core and the second one a (100 ±10) nm deep nanochannel and a slab core. It allows the propagation of a hybrid mode, optimizing the fluid/guide wave interaction on a large wavelength range. Spectrometric measurements of a neodymium nitrate in nitric acid (pH 2) followed by statistical treatment have led to a limit of detection in terms of absorption coefficient of (3.7 ± 0.9) x 10-3 cm-1 for a device length of (3.70 ± 0.05) cm and fluid volume as low as (7 ± 3) nL. A structure allowing to increase the interaction length and therefore further decrease the detection limit has been proposed as an outlook of this work, and a preliminary study for use in a nuclear environment has been performed

L'étude de l'Univers est effectuée de façon quasi-exclusive grâce aux ondes électromagnétiques. La radioastronomie qui étudie la bande radio du spectre est couramment obligée d'observer hors de ses bandes protégées. Il faut donc pouvoir observer des sources dans des bandes où les émissions des systèmes de télécommunication sont souvent proches et donc très puissantes.

Les travaux de cette thèse ont eu pour but de développer et d'implanter des méthodes temps réel de traitements numériques visant à atténuer les interférences ambiantes afin de restaurer les radiosources naturelles lors d'observation avec une antenne unique sans informations a priori.
Le cœur de ces traitements est basé sur l'estimation de la moyenne d'un échantillon suivant une loi du Khi-2 en présence de points aberrants.
Un récepteur numérique multi-instruments à grande dynamique élaboré à la station de radioastronomie de Nançay a servi de banc de test à ces divers algorithmes.

La bande corrompue par Iridium est maintenant observable et les sources HI situées dans la bande allouée aux radars sont de nouveau
accessibles. Les observations du Soleil et de Jupiter effectuées en
bande décamétrique sont maintenant de bien meilleure qualité.
Un algorithme a été développé pour configurer le récepteur en tant que détecteur et enregistreur rapide d'évènements très brefs (<100 ms) en milieu parasité. Il est aujourd'hui utilisé pour l'enregistrement de structures fines Joviennes.

L'étude de l'Univers est effectuée de façon quasi-exclusive grâce aux ondes électromagnétiques. La radioastronomie qui étudie la bande radio du spectre est couramment obligée d'observer hors de ses bandes protégées. Il faut donc pouvoir observer des sources dans des bandes où les émissions des systèmes de télécommunication sont souvent proches et donc très puissantes. Les travaux de cette thèse ont eu pour but de développer et d'implanter des méthodes temps-réel de traitements numériques visant à atténuer les interférences ambiantes afin de restaurer les radiosources naturelles lors d'observation avec une antenne unique sans informations a priori. Le coeur de ces traitements est basé sur l'estimation de la moyenne d'un échantillon suivant une loi du khi-2 en présence de points aberrants. Un récepteur numérique multi-instruments à grande dynamique élaboré à la station de radioastronomie de Nançay a servi de banc de test à ces divers algorithmes. La bande corrompue par Iridium est maintenant observable et les sources HI situées dans la bande allouée aux radars sont de nouveau accessibles. Les observations du Soleil et de Jupiter effectuées en bande décamétrique sont maintenant de bien meilleure qualité. Un algorithme a été développé pour configurer le récepteur en tant que détecteur et enregistreur rapide d'évènements très brefs (<100~ms) en milieu parasité. Il est aujourd'hui utilisé pour l'enregistrement de structures fines Joviennes.

Cette thèse fait partie d'un travail collaboratif avec des partenaires industriels et universitaires. Ses 2 principaux résultats sont : - La modélisation en 3D d'une vendangeuse qui est un exemple typique de véhicule tout-terrain reconfigurable. Le contexte de l'environnement 'tout-terrain' a focalisé cette étude sur un modèle d'interaction pneumatique/sol qui prenne en compte les inégalités et les déformations du terrain. En particulier, on tient compte du fait que chaque contact roue/sol n'est pas ponctuel et qu'a fortiori, les 4 zones de contacts ne sont pas coplanaires. Un calcul ensembliste des zones de contact est fait en utilisant une version de l'algorithme SIVIA adaptée à MATLAB. Le résultat pour chaque zone de contact est un sous pavage ou une boite englobante selon la précision et la rapidité de calcul souhaitée. On dispose ainsi d'un ensemble de polygones de sustentation pour faire un diagnostic de non renversement du véhicule. - La définition de 2 indicateurs du risque de renversement sont ensuite proposés. L'un d'eux se base sur le concept de "Zero Moment Point (ZMP)" en calculant une distance de la position du ZMP par rapport aux 4 côtés de l'ensemble des polygones de sustentation. L'autre critère de tendance au renversement calcule la vitesse de rotation du véhicule par rapport à un ensemble d'axes de renversement. La prédiction du risque de renversement est proposée sous la forme de la prédiction de la position du ZMP ou du critère "Time to Rollover". Chacune de ces méthodes ont été évaluées avec des données expérimentales réelles et simulées. La suite de ce travail est une mise en commun de ces résultats avec d'autres méthodes proposées par nos partenaires.

L'objectif de cette these est la conduite d'un robot mobile autonome pour une mission quelconque. Si nous considerons qu'en robotique fixe un certain nombre de difficultes sont resolues, celles de la robotique mobile restent entieres au vu de ses preuves. Ces difficultes proviennent essentiellement du deplacement (libre) et de l'autonomie souhaitee. En dehors de ces deux points, nous retombons soit dans la robotique classique (fixe), soit dans la robotique mobile figee (filoguidage). Un effort a ete mis sur la conciliation de la notion de deplacement par rapport a des reperes dans l'environnement (moins d'autonomie) et ce qui pourrait definir le mieux le degre d'autonomie, par exemple le deport par rapport a une trajectoire definie (obstacle inconnu) a l'aide des reperes repertories. Un superviseur coordonne un certain nombre de modules a la bonne realisation des missions: construction d'environnements, specification de missions, recherche et optimisation de trajectoires par lissages clothoidaux et enfin la generation de codes pour la commande du robot. Afin de pallier a des situations imprevues (obstacles inconnus), un module de recherche dynamique de trajectoires est incorpore. Elle se base sur la connaissance de l'environnement et/ou la disposition des obstacles fixes

On assiste aujourd'hui à l'importation des NTIC (Nouvelles Technologies de l'Information et de la Télécommunication) dans la robotique. L'union de ces technologies donnera naissance, dans les années à venir, à la robotique de service grand-public.Cet avenir, s'il se réalise, sera le fruit d'un travail de recherche, amont, dans de nombreux domaines : la mécatronique, les télécommunications, l'automatique, le traitement du signal et des images, l'intelligence artificielle ... Un des aspects particulièrement intéressant en robotique mobile est alors le problème de la localisation et de la cartographie simultanée. En effet, dans de nombreux cas, un robot mobile, pour accéder à une intelligence, doit nécessairement se localiser dans son environnement. La question est alors : quelle précision pouvons-nous espérer en terme de localisation? Et à quel coût?Dans ce contexte, un des objectifs de tous les laboratoires de recherche en robotique, objectif dont les résultats sont particulièrement attendus dans les milieux industriels, est un positionnement et une cartographie de l'environnement, qui soient à la fois précis, tous-lieux, intègre, bas-coût et temps-réel. Les capteurs de prédilection sont les capteurs peu onéreux tels qu'un GPS standard (de précision métrique), et un ensemble de capteurs embarquables en charge utile (comme les caméras-vidéo). Ce type de capteurs constituera donc notre support privilégié, dans notre travail de recherche. Dans cette thèse, nous aborderons le problème de la localisation d'un robot mobile, et nous choisirons de traiter notre problème par l'approche probabiliste. La démarche est la suivante, nous définissons nos 'variables d'intérêt' : un ensemble de variables aléatoires. Nous décrivons ensuite leurs lois de distribution, et leur modèles d'évolution, enfin nous déterminons une fonction de coût, de manière à construire un observateur (une classe d'algorithme dont l'objectif est de déterminer le minimum de notre fonction de coût). Notre contribution consistera en l'utilisation de mesures GPS brutes GPS (les mesures brutes - ou raw-datas - sont les mesures issues des boucles de corrélation de code et de phase, respectivement appelées mesures de pseudo-distances de code et de phase) pour une navigation bas-coût précise en milieu extérieur suburbain. En utilisant la propriété dite 'entière' des ambiguïtés de phase GPS, nous étendrons notre navigation pour réaliser un système GPS-RTK (Real Time Kinematic) en mode différentiel local précise et bas-coût. Nos propositions sont validées par des expérimentations réalisées sur notre démonstrateur robotique
We are witnessing nowadays the importation of ICT (Information and Communications Technology) in robotics. These technologies will give birth, in upcoming years, to the general public service robotics. This future, if realised, shall be the result of many research conducted in several domains: mechatronics, telecommunications, automatics, signal and image processing, artificial intelligence ... One particularly interesting aspect in mobile robotics is hence the simultaneous localisation and mapping problem. Consequently, to access certain informations, a mobile robot has, in many cases, to map/localise itself inside its environment. The following question is then posed: What precision can we aim for in terms of localisation? And at what cost?In this context, one of the objectives of many laboratories indulged in robotics research, and where results impact directly the industry, is the positioning and mapping of the environment. These latter tasks should be precise, adapted everywhere, integrated, low-cost and real-time. The prediction sensors are inexpensive ones, such as a standard GPS (of metric precision), and a set of embeddable payload sensors (e.g. video cameras). These type of sensors constitute the main support in our work.In this thesis, we shed light on the localisation problem of a mobile robot, which we choose to handle with a probabilistic approach. The procedure is as follows: we first define our "variables of interest" which are a set of random variables, and then we describe their distribution laws and their evolution models. Afterwards, we determine a cost function in such a manner to build up an observer (an algorithmic class where the objective is to minimize the cost function).Our contribution consists of using brute GPS measures (brute measures or raw datas are measures issued from code and phase correlation loops, called pseudo-distance measures of code and phase, respectively) for a low-cost navigation, which is precise in an external suburban environment. By implementing the so-called "whole" property of GPS phase ambiguities, we expand the navigation to achieve a GPS-RTK (Real-Time Kinematic) system in a precise and low-cost local differential mode.Our propositions has been validated through experimentations realized on our robotic demonstrator

Ce mémoire concerne les techniques d'indexation dans des bases d'image, ainsi que les méth- odes de localisation en robotique mobile. Il fait le lien entre les travaux en Perception du pôle Robotique et Intelligence Artificilelle du LAAS-CNRS, et les recherches sur la fouille de données menées à l'Université de Rabat. Depuis une dizaine d'années, la vision est devenue une source de données sensorielles essentielles sur les robots mobiles: elle fournit en particulier des représentations de l'environnement dans lequel doit se déplacer un robot. Deux types de représentations peuvent être construites. D'une part les modèles géométriques 3D sont consti- tués de points, de courbes ou de surfaces extraits et reconstruits depuis une séquence d'images; ces modèles permettent au robot de se localiser précisément sous la forme d'une position et d'une orientation dans un repère métrique. D'autre part les modèles fondés sur l'apparence, sont obtenus à partir d'une base d'images acquises lors de déplacements effectués de manière supervisée durant une phase d'apprentissage: des techniques d'analyse de données (ACP, ACI) permettent d'extraire les données les plus pertinentes de cette base; ces modèles permettent au robot de se localiser de manière qualitative ou topologique dans l'environnement. Concernant la vision, seules les représentations fondées sur l'apparence ont été considérées. Le robot se localise en recherchant dans la base d'images, celle qui ressemble le plus à l'image courante : les techniques exploitées pour ce faire sont des méthodes d'indexation, similaires à celles exploitées en fouille de données sur Internet par exemple. De nombreux travaux en Robotique ont déjà exploité ces techniques: citons au LAAS-CNRS une thèse soutenue en 2004, qui traitait déjà de localisation qualitative dans un milieu naturel à partir d'une base d'images panoramiques, indexée par des histogrammes couleur; plus récemment, des travaux menés à Amsterdam, Rennes, Clermont-Ferrand, Lausanne. . . traitaient de l'indexation par des techniques d'appariements de points d'intérêt. Par ailleurs, nous présentons une technique de navigation par RFID (Radio Frequency IDentifier) qui utilise la méthode MonteCarlo, appliquée soit de manière intuitive, soit de manière formelle. Enfin, nous donnons des résultats très péliminaires sur la combinaison d'une perception par capteurs RFID et par capteurs visuels afin d'améliorer la précision de la localisation du robot mobile.

Cette étude porte sur la reconnaissance d'objets naturels et complexes. Nous avons travaillé à dissocier les mécanismes de reconnaissance, de la connaissance du domaine. Une approche multi-points de vue permet de construire un système général, constitué d'un ensemble de méthodes de reconnaissance des formes mixtes. L’étape déterminante est la fusion : il s'agit de gérer la combinaison de différents avis, dans le but de prendre une décision robuste. L’originalité de notre approche réside en une fusion non explicite par un réseau connexionniste. L’imperfection, comme l'incohérence, sont des notions gérées globalement et de façon adaptée à l'application concernée, par le système lui-même. La retro-propagation du gradient est utilisée pour adapter la fonction de fusion, sans apport d'une connaissance du gradient est utilisée pour adapter la fonction de fusion, sans apport d'une connaissance exogène explicite. Celle-ci correspond à une base de règles implicites qui constitue le raisonnement, construit avec un minimum d'a priori, de notre système de classement. Un partitionnement de l'espace de représentation adapté à chacun des classifieurs et optimal en regard des performances du système global est déterminé par une technique d'optimisation stochastique à partir d'un algorithme génétique. Nous proposons enfin une évaluation automatique de la qualité et de la quantité d'information produite par différentes sources de décision. Une étude du point de vue de la théorie de l'information nous permet de dégager des propriétés quant aux bornes de fiabilité d'une méthode de reconnaissance des formes. Le principe de notre système de classement a été établi, sa grande souplesse d'utilisation et sa généralité mises en évidence sur des données réelles : reconnaissance d'images de scènes d'extérieur, reconnaissance de données issues d'analyses chimiques, reconnaissance d'images de poissons de rivière acquises dans une passe à poissons. Ce système de classement est actuellement mis en pratique sur une plate-forme industrielle que nous avons conçue : un prototype de trieuse automatique de poissons par vision artificielle.

La production in vitro de molécules d'intérêt biologique à visées diagnostique et thérapeutique est actuellement en plein développement. Il est indispensable de contrôler les performances des cultures afin d'assurer la production de quantités importantes de biomolécules. Les paramètres utilises classiquement (ph, O₂, CO₂,) pour le suivi des cultures sont insuffisants. Par contre, la détermination de paramètres au niveau cellulaire pourrait présenter un intérêt potentiel. Toutefois, elle nécessite le traitement d'échantillons cellulaires. Le but de notre travail a été le développement d'un système robotique permettant le traitement et la mesure automatique d'échantillons. Le système comprend autour d'une unité de culture, un dispositif de prélèvement, un système de centrifugation qui a été automatisé, une unité de pipetage, un équipement modifié et adapté pour des mesures d'absorbance, de fluorescence, et de polarisation de fluorescence. Le déplacement de l'échantillon est effectué par un robot articulaire. La gestion de l'ensemble du système est réalisée à l'aide d'un programme informatique par l'intermédiaire de menus déroulants. Ce programme est chargé de plus de mémoriser les opérations commandées par l'utilisateur et de les répéter au moment voulu et autant de fois que l'utilisateur le désire. Le système a été développé pour la détermination de la concentration et de la viabilité cellulaire, ainsi que la fluidité membranaire. Il peut être facilement adapté pour la mesure d'autre paramètres

L’objectif de cette thèse est de planifier le mouvement d’un véhicule autonome pour qu’il puisse circuler sans collision dans un environnement urbain en présence d’autres obstacles mobiles. Ceci implique la prise en compte de contraintes propres au véhicule (dynamiques, énergétiques, liées aux systèmes de perception ou de prévision), relatives à la sécurité, au confort des usagers et à l’environnement proche du véhicule. Celles-ci dépendent de la topologie de la route, des règles de conduite et des autres acteurs en mouvement dans le voisinage de l’ego véhicule. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés plus particulièrement : (i) à la perception limitée ou partielle de l’environnement proche du véhicule et en particulier à la présence d’obstacles fixes ou mobiles occultant une partie de son voisinage proche ; (ii) à l’incertitude sur la prédiction du mouvement des autres agents ; (iii) aux manœuvres à effectuer dans des scénarios urbains où les voies peuvent être encombrées par de nombreux véhicules arrêtés ou en mouvement ; (iv) et au respect de la signalisation. Toutes ces problématiques ont été traitées par des approches géométriques en adaptant de différentes manières le principe de décomposition chemin-vitesse introduit par Kant et Zucker (1986). Le simulateur CARLA a été adapté pour valider les approches proposées sur différents scénarios reproduisant des situations typiques d’interaction avec d’autres véhicules en milieu urbain, comme, par exemple, le franchissement d’un carrefour avec une visibilité réduite, le dépassement d’un véhicule lent ou arrêté sur sa voie, la conduite sur une portion de route réglementée par des feux de circulation, etc
The objective of this thesis is to plan the motion of an autonomous vehicle so that it can navigate and interact with other moving obstacles without collision in an urban environment. This involves taking into account constraints that may be specific to the vehicle (dynamic, energetic, linked to perception or forecasting systems), relating to the safety and comfort of users or to the environment close to the vehicle. These last depend on the topology of the road, driving rules and other moving actors in the neigborhood of the ego-vehicle. In the context of this thesis, we focused on: (i) the limited or partial perception of the environment close to the vehicle and in particular the presence of static or mobile obstacles hiding part of its neighborhood ; (ii) uncertainty about the prediction of the motion of other agents; (iii) maneuvers to be carried out in urban scenarios where the lanes can be congested with plenty of other static or moving obstacles; (iv) and the respect of the road signs. All these issues have been addressed through geometric approaches by adapting in different ways the principle of path-velocity decomposition introduced by Kant and Zucker (1986). The CARLA simulator has been adapted to validate the proposed approaches on different scenarios reproducing typical situations of interaction with other vehicles in an urban environment, such as, for example, crossing a crossroads with reduced visibility, overtaking a slow or stopped vehicle in its lane, driving in a section of road regulated by traffic lights, etc

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent la localisation absolue d'un robot mobile par vision artificielle. Le site d'expérimentation choisi est un parking d'environ 60 x 60 m. Des problèmes spécifiques au milieu extérieur apparaissent ici : changement d'ensoleillement, ombres portées, variabilité de la scène observée, occultation de certains objets recherchés, inclinaison du sol. Notre contribution se situe dans la recherche d'une méthode robuste d'identification et de reconnaissance de certains objets du site, les amers, et d'une technique de localisation précise qui utilise les informations provenant d'une carte du site. Les amers retenus, plus de 700, sont constitués de détails architecturaux des bâtiments. Nous avons tout particulièrement étudié la calibration du système de vision, l'extraction des amers de l'image et leur mise en correspondance avec des données de la carte. La recherche des amers dans l'image est vue comme un problème de détection de contours avec un chainage orienté suivant des directions privilégiées. La mise en correspondance, du type génération - propagation - validation d'hypothèses, s'appuie sur deux contraintes définies pour simplifier le problème combinatoire. La localisation se présente en deux parties, l'une simple, pour déterminer rapidement et grossièrement la position du robot, l'autre plus fine prend en compte l'ensemble des appariements formes pour réaliser un recalage précis. Nous avons été amené à établir un protocole de prises de vues garantissant l'acquisition d'images qui permet d'obtenir robustesse et précision dans les traitements. Les techniques présentées ont été testées et validées sur le démonstrateur ROMANE (robot mobile autonome pour la navigation extérieur). L’ensemble des expérimentations comportent plus d'une centaine d'images prises à différents endroits du site. La précision obtenue est d'environ 10 cm pour des distances de prises de vues supérieures à 50 m.

Alors que les robots deviennent toujours plus présents dans les environnements humains, endossant toujours plus de tâches telles que le nettoyage, la surveillance ou encore le service en salle, leurs limites actuelles n’en deviennent que plus évidentes. Une de ces limites concerne leur capacité à naviguer en présence d’obstacles: ils chercheront systématiquement à les éviter, et resteront bloqués à défaut. Ce constat a mené à la création d’algorithmes de NAvigation en milieu MOdifiable (NAMO), devant permettre aux robots de manipuler les obstacles pour faciliter leurs déplacements. Néanmoins, ces algorithmes ont été conçus sous l’hypothèse qu’un seul robot agîsse dans l’environnement, biaisant les algorithmes à n’optimiser que son seul coût de déplacement – sans considération pour les humains ou d’autres robots. S’il est souhaitable que les robots puissent bénéficier de la capacité humaine à déplacer des obstacles, ils doivent néamoins le faire dans le respect des normes et règles sociales humaines. Nous avons donc étendu le problème de NAMO pour prendre en compte ces nouveaux aspects sociaux et multi-robots. En nous basant sur le concept d’espaces d’affordance, nous avons développé un modèle de coût d’occupation sociale permettant d’évaluer l’impact des objets déplacés sur la navigabilité de l’environnement. Nous avons implémenté (et amélioré) des algorithmes NAMO de référence, dans notre outil de simulation open source, puis les avons modifiés afin qu’ils puissent trouver un compromis entre coût de déplacement et coût d’occupation des obstacles manipulés – résultant en une amélioration de la navigabilité. Nous avons également développé une stratégie de coordination permettant d’exécuter ces mêmes algorithmes tels quels, sur plusieurs robots en parallèle, en absence de communication explicite, tout en préservant la garantie d’absence de collisions; vérifiant la pertinence de notre modèle de coût social en présence effective d’autres robots. Ces travaux constituent les premiers pas d’une NAMO Sociale et Multi-Robots
As robots become ever more commonplace in human environments, taking care of ever more tasks such as cleaning, security or food service, their current limitations only become more apparent. One such limitation is of their navigation capability in the presence of obstacles: they always avoid them, and freeze in place when avoidance is impossible. This is what brought about the creation of Navigation Among Movable Obstacles (NAMO) algorithms, expected to allow robots to manipulate obstacles as to facilitate their own movement. However, these algorithms were designed under the hypothesis of a single robot per environment, biasing NAMO algorithms into only optimizing the single robot's displacement cost - without any consideration for humans or other robots. While it is desirable to endow robots with the human capability of moving obstacles, they must however do so while respecting social norms and rules of humans. We have thus extended the NAMO problem as to take into account these new social and multi-robots aspects. By relying on the concept of affordance spaces, we have developed a social occupation cost model allowing the evaluation of the impact of moved objects on the environment's navigability. We implemented (and improved) reference NAMO algorithms, in our open source simulation tool, and modified them so that they may plan compromises between robot displacement cost and social occupation cost of moved obstacles - resulting in improved navigability. We also developed an implicit coordination strategy allowing the concurrent execution of these same algorithms by multiple robots as is, without any explicit communication requirements, while preserving the no-collision guarantee; verifying the relevance of our social occupation cost model in the actual presence of other robots. As such, this work constitutes the first steps towards a Social and Multi-Robot NAMO

Notre travail s'intègre dans la tendance actuelle concernant le développement durable et la gestion intégrée des zones côtières. Plus précisément, nous nous sommes intéressés aux besoins de la communauté opérationnelle dépendante du littoral, et au développement et à l'évaluation de méthodologies ad hoc. Nous proposons un ensemble de procédures et d'outils de suivi et de simulation d'environnements littoraux, reposant sur l'utilisation conjointe de données de télédétection, de modèles numériques du transfert radiatif dans la mer et l'atmosphère et éventuellement de mesures in situ, permettant de dériver des informations pertinentes sur la distribution spatiale des propriétés optiques dans les eaux du cas II. Nous montrons que des méthodes robustes de traitement des images à haute résolution spatiale, facilement transposables d'un site à l'autre, sont au coeur du besoin pour un meilleur suivi du domaine littoral par télédétection. Nous dressons un panorama comparatif et critique des méthodes historiques et précisons le cadre opérationnel de leur application. Une analyse détaillée du transfert radiatif dans les eaux littorales turbides permet d'identifier les processus optiques prépondérants et dont la prise en compte est nécessaire à une modélisation satisfaisante de ces environnements. Nous proposons des approches innovantes reposant sur des solutions au problème inverse appliqué à l'optique marine. Ces procédures et méthodes sont intégrées dans un outil logiciel dédié, incluant différents modèles de simulation du transfert radiatif dans les eaux côtières, et un ensemble d'outils de traitement d'image de la couleur de la mer, adaptés au contexte de travail d'un utilisateur opérationnel. La robustesse des méthodes développées est évaluée au travers d'analyses de sensibilité. Cette approche nous a permis de prendre en compte les caractéristiques des capteurs futurs ayant un fort potentiel pour l'étude des zones côtières (MERIS, NEMO-COIS). L'intégration du prototype dans un Système d'Information Marin fournira à terme les conditions d'exploitation optimale de l'outil.

On cherche dans cette thèse à caractériser un domaine de confiance pour la localisation d'un véhicule, en utilisant des méthodes ensemblistes robustes par intervalles. La localisation est essentielle à la navigation en robotique mobile, en particulier pour les véhicules intelligents. Lorsque la position est utilisée dans un contexte pouvant mettre en jeu la sécurité des personnes, tel que la navigation autonome, on doit avoir recours à un mécanisme d'intégrité vérifiant que l'erreur commise reste inférieure à l'erreur maximale tolérable pour la mission. Dans le domaine aéronautique, on définit ainsi un niveau de protection associé à un risque d'intégrité. Dans un esprit similaire aux niveaux de protections utilisés en aéronautique, ce travail vise à déterminer un domaine de confiance, dans lequel l'utilisateur est garanti de se trouver avec un risque d'intégrité donné. L'utilisation de méthodes ensemblistes robustes permet de calculer un domaine de localisation tenant compte de l'éventuelle présence de mesures aberrantes. Les mesures provenant de capteurs ainsi que les paramètres des modèles sont entachés d'erreurs, souvent modélisées par leur distribution de probabilité. Dans le cadre ensembliste, on peut représenter ces erreurs par des intervalles. Quand les bornes ne sont pas spécifiées ou trop pessimistes, on peut déterminer des bornes associées à un risque, et propager ce risque au domaine de confiance calculé. Les systèmes de navigation par satellites permettent un positionnement absolu avec une bonne précision en milieu ouvert. Cependant, les mesures de pseudodistance GPS sont sujettes aux problèmes de trajets multiples ou réfléchis en zone urbaine. Une robustesse aux valeurs aberrantes est donc nécessaire. Pour compenser le manque de satellites en milieu à visibilité satellitaire réduite, des contraintes sur la position sont apportées par la cartographie 3D de l'espace roulable et l'intégration des capteurs proprioceptifs présents sur les véhicules modernes. Trois méthodes de localisation, basées sur un algorithme robuste d'inversion ensembliste par intervalles associé aux mesures GPS sont présentées dans ce document. * La première consiste en un calcul époque par époque, fusionnant les mesures de pseudodistance d'un récepteur GPS avec l'information d'un modèle numérique de terrain. * La seconde s'appuie sur une carte surfacique précise de " l'espace roulable " en trois dimensions, ainsi que l'observation de la dérive de l'horloge du récepteur. * Enfin, la troisième méthode concerne l'estimation de la pose du véhicule à partir d'un historique fini de positions et de mesures proprioceptives. Ces trois méthodes ont été implémentées en temps-réel, et testées sur des données réelles acquises dans des environnements difficiles pour la localisation par satellites.

Cette recherche vise à la modélisation 3D depuis un système de vision fisheye embarqué, utilisée pour une application GNSS dans le cadre du projet Predit CAPLOC. La propagation des signaux satellitaires en milieu urbain est soumise à des réflexions sur les structures, altérant la précision et la disponibilité de la localisation. L’ambition du projet est (1) de définir un système de vision omnidirectionnelle capable de fournir des informations sur la structure 3D urbaine et (2) de montrer qu’elles permettent d’améliorer la localisation.Le mémoire expose les choix en (1) calibrage automatique, (2) mise en correspondance entre images, (3) reconstruction 3D ; chaque algorithme est évalué sur images de synthèse et réelles. De plus, il décrit une manière de corriger les réflexions des signaux GNSS depuis un nuage de points 3D pour améliorer le positionnement. En adaptant le meilleur de l’état de l’art du domaine, deux systèmes sont proposés et expérimentés. Le premier est un système stéréoscopique à deux caméras fisheye orientées vers le ciel. Le second en est l’adaptation à une unique caméra.Le calibrage est assuré à travers deux étapes : l’algorithme des 9 points adapté au modèle « équisolide » couplé à un RANSAC, suivi d’un affinement par optimisation Levenberg-Marquardt. L’effort a été porté sur la manière d’appliquer la méthode pour des performances optimales et reproductibles. C’est un point crucial pour un système à une seule caméra car la pose doit être estimée à chaque nouvelle image.Les correspondances stéréo sont obtenues pour tout pixel par programmation dynamique utilisant un graphe 3D. Elles sont assurées le long des courbes épipolaires conjuguées projetées de manière adaptée sur chaque image. Une particularité est que les distorsions ne sont pas rectifiées afin de ne pas altérer le contenu visuel ni diminuer la précision. Dans le cas binoculaire il est possible d’estimer les coordonnées à l’échelle. En monoculaire, l’ajout d’un odomètre permet d’y arriver. Les nuages successifs peuvent être calés pour former un nuage global en SfM.L’application finale consiste dans l’utilisation du nuage 3D pour améliorer la localisation GNSS. Il est possible d’estimer l’erreur de pseudodistance d’un signal après multiples réflexions et d’en tenir compte pour une position plus précise. Les surfaces réfléchissantes sont modélisées grâce à une extraction de plans et de l’empreinte des bâtiments. La méthode est évaluée sur des paires d’images fixes géo-référencées par un récepteur bas-coût et un récepteur GPS RTK (vérité terrain). Les résultats montrent une amélioration de la localisation en milieu urbain
This research deals with 3D modelling from an embedded fisheye vision system, used for a GNSS application as part of CAPLOC project. Satellite signal propagation in urban area implies reflections on structures, impairing localisation’s accuracy and availability. The project purpose is (1) to define an omnidirectional vision system able to provide information on urban 3D structure and (2) to demonstrate that it allows to improve localisation.This thesis addresses problems of (1) self-calibration, (2) matching between images, (3) 3D reconstruction ; each algorithm is assessed on computer-generated and real images. Moreover, it describes a way to correct GNSS signals reflections from a 3D point cloud to improve positioning. We propose and evaluate two systems based on state-of-the-art methods. First one is a stereoscopic system made of two sky facing fisheye cameras. Second one is the adaptation of the former to a single camera.Calibration is handled by a two-steps process: the 9-point algorithm fitted to “equisolid” model coupled with a RANSAC, followed by a Levenberg-Marquardt optimisation refinement. We focused on the way to apply the method for optimal and repeatable performances. It is a crucial point for a system composed of only one camera because the pose must be estimated for every new image.Stereo matches are obtained for every pixel by dynamic programming using a 3D graph. Matching is done along conjugated epipolar curves projected in a suitable manner on each image. A distinctive feature is that distortions are not rectified in order to neither degrade visual content nor to decrease accuracy. In the binocular case it is possible to estimate full-scale coordinates.In the monocular case, we do it by adding odometer information. Local clouds can be wedged in SfM to form a global cloud.The end application is the usage of the 3D cloud to improve GNSS localisation. It is possible to estimate and consider a signal pseudodistance error after multiple reflections in order to increase positioning accuracy. Reflecting surfaces are modelled thanks to plane and buildings trace fitting. The method is evaluated on fixed image pairs, georeferenced by a low-cost receiver and a GPS RTK receiver (ground truth). Study results show the localisation improvement ability in urban environment

Dans le cadre de la robotique mobile extérieure, les notions de perception et de localisation sont essentielles au fonctionnement autonome d'un véhicule. Les objectifs de ce travail de thèse sont multiples et mènent vers un but de localisation et de cartographie simultanée d'un environnement extérieur dynamique avec détection et suivi d'objet mobiles (SLAMMOT) à l'aide d'un unique capteur extéroceptif tournant de type radar dans des conditions de circulation dites "réalistes", c'est-à-dire à haute vitesse soit environ 30 km/h. Il est à noter qu'à de telles vitesses, les données acquises par un capteur tournant son corrompues par le déplacement propre du véhicule. Cette distorsion, habituellement considérée comme une perturbation, est analysée ici comme une source d'information. Cette étude vise également à évaluer les potentialités d'un capteur radar de type FMCW (onde continue modulée en fréquence) pour le fonctionnement d'un véhicule robotique autonome. Nous avons ainsi proposé différentes contributions : - une correction de la distorsion à la volée par capteurs proprioceptifs qui a conduit à une application de localisation et de cartographie simultanées (SLAM), - une méthode d'évaluation de résultats de SLAM basées segment, - une considération de la distorsion des données dans un but proprioceptif menant à une application SLAM, - un principe d'odométrie fondée sur les données Doppler propres au capteur radar, - une méthode de détection et de pistage d'objets mobiles : DATMO avec un unique radar.

La complexité croissante de l'environnement routier et le souci d'amélioration de la sécurité routière expliquent un nombre important de travaux sur l'aide à la conduite. De nombreux systèmes (ultrasons, laser, radar, ...) ont déjà été mis en oeuvre pour percevoir l'environnement autour d'un véhicule. Tous se heurtent à la diversité des scènes observées, que ce soit en milieu urbain ou routier. Il est donc nécessaire d'exploiter des capteurs qui donnent une information riche pouvant être analysée dans plusieurs fonctions et quelle que soit la configuration. La vision semble tout à fait adéquate ; elle est d'ailleurs une source sensorielle capitale dans la prise de décision chez l'humain. Les méthodes décrites dans cette thèse consistent donc à proposer un système complet et autonome de stéréovision passive pour la détection d'obstacles sur un véhicule, dit intelligent, évoluant en milieu urbain ou routier. La problématique majeure relative à l'exploitation d'un banc de stéréovision sur un robot ou un véhicule concerne la qualité du calibrage qui tend à varier au cours du temps. Un tel système n'est en effet viable que si les paramètres qui décrivent la géométrie du capteur peuvent être correctement estimés, y compris en présence de chocs et vibrations. Nous présentons donc d'abord une méthode de recalibrage en ligne d'un système initialement calibré, consistant en une correction dynamique de ses paramètres. Affranchi des problèmes de calibrage, le deuxième problème abordé est la détection d'obstacles en milieu routier. Les méthodes décrites dans ce document proposent une construction du profil longitudinal de la route afin d'en extraire un modèle d'obstacle tenant compte des variations de pente et du dévers et/ou roulis. Notre approche exploite les données 3D fournies par la stéréo-vision. La dernière application concerne un système de perception pour l'aide au parking; nous présentons une méthode générique de con struction incrémentale d'un modèle 3D de l'espace libre. Cette méthode suppose que le déplacement du véhicule est estimé avec une bonne précision. Le modèle est alors analysé pour détecter et caractériser une place de parking; le but est d'alimenter un planificateur de mouvement permettant la réalisation automatique de la manoeuvre. Toutes les méthodes ont été intégrées dans l'environnement RT-MAPS, et ont été validées soit en ligne sur le démonstrateur du LAAS, soit sur des séquences d'images acquises sur des véhicules.

L'étude du séquencement de méthodes permettant de classifier et d'identifier des objets à partir d'images brutes est peu usitée. On s'intéresse ici au cas des algues microscopiques présentes dans l'eau douce. Les images brutes sont issues d'un microscope optique. Elles présentent les caractéristiques suivantes : dynamique en contraste faible, fonds non homogènes, présence d'artefacts. . . Le séquencement de méthodes s'articule autour de deux parties au travers d'une méthodologie de résolution permettant d'élargir le champ d'application des processus au cas plus général d'objets biologiques. La première partie porte sur les traitements bas-niveau de segmentation, de localisation des objets, de suivis des contours et de reconstruction, afin d'obtenir des contours représentatifs des objets rendant possible l'extraction de caractéristiques. La deuxième partie traite de l'extraction de caractéristiques pertinentes, de la sélection basée sur une méthode d'analyse en composantes principales de caractéristiques discriminantes, permettant d'entreprendre avec succès une classification. L'ensemble de données limité nous porte vers le choix d'une méthode de classification basée sur les arbres de décision binaires

Les Robots Parallèles à Câbles (RPCs) sont des robots parallèles dont les jambes se composent de câbles. Les applications industrielles potentielles des RPCs sont nombreuses telles que le grenaillage et la peinture de structures massives et de grandes dimensions.La première partie de ce manuscrit est dédié à la modélisation des RPCs. Deux modèles élasto-statiques ont été introduits dans ce manuscrit, pour décrire le petit déplacement de la plate-forme mobile en raison de la nature non-rigide des câbles. Le modèle élasto-statique basé sur des câbles pesants a été exprimé en faisant la différence entre la matrice de raideur active et la matrice de raideur passive du RPC.La deuxième partie de ce manuscrit traite de l’analyse d’espaces de travail de RPCs vis-à-vis de leurs performances statiques et dynamiques. Deux nouveaux espaces de travail ont été définis : (i) l'Espace des Vitesses Générables (EVG);(ii) l’Espace de Travail Dynamique Amélioré (ETDA). La troisième partie de ce manuscrit décrit une stratégie de conception générique de RPCs et des Robots Parallèles à Câbles Reconfigurables (RPCRs). Les reconfigurations sont limitées uniquement aux points de sortie des câbles. Dans ce manuscrit, les points de sortie des câbles peuvent être placés dans une large mais limité ensemble de positions. La stratégie proposée envisage la possibilité de déplacer les points de sortie des câbles du RPCR sur une grille prédéfinie d'emplacements.La quatrième partie de ce manuscrit présente un algorithme pour calculer une stratégie de reconfiguration optimale pour les RPCRs. Cette stratégie peut être utilisée lorsque l'environnement de travail de RPCRs est extrêmement encombré et qu’il n'est pas possible de prévoir le nombre de configurations nécessaires pour compléter la tâche.L'efficacité de l'algorithme a été analysée en étudiant les reconfigurations d’un robot parallèle à câbles planaire et d’un robot parallèle à câbles spatial en lien avec des applications industrielles
Cable-Driven Parallel Robots (CDPRs) are parallel robots whose legs consist of cables. CDPRs may be used successfully in several industrial applications such as sandblasting and painting of large and heavy structures.The first part of this manuscript is dedicated to the modelling of CDPRs. Two elasto-static models have been introduced in this manuscript, in order to describe the small displacement of the moving platform due to the non-rigid nature of the cables. These models can be used for the modal analysis of the CDPRs, as well. The elasto-static model based on linear cables has been computed including the effect of the pulleys orienting the cables into the CDPR workspace.The second part of this manuscript deals with the investigation of the workspace of CDPRs, in terms of their moving platform static and dynamic equilibria, and in terms of their moving platform kinematic constraints. Two novel workspaces have been defined: (i) the Twist Feasible Workspace (TFW); (ii) the Improved Dynamic Feasible Workspace (IDFW). The third part of this manuscript describes a generic design strategy for CDPRs and a novel design strategy for Reconfigurable Cable-Driven Parallel Robots (RCDPRs). In this manuscript, reconfigurations are limited to the thedisplacement of the cable exit points, assuming the cables exit points can be installed on a large but finite set of locations.The fourth part of this manuscript introduces an algorithm to compute an optimal reconfiguration strategy for RCDPRs. This strategy can be used when the working environment of the RCDPR is extremely cluttered and when it is not possible to predict how many configurations are necessary to complete the task. The effectiveness of the algorithm hasbeen analysed by means of a planar and a spatial casestudies reproducing some industrial tasks