Academic literature on the topic 'Robots autonomes – Systèmes à réaction'

La lipolyse est une réaction enzymatique qui influence négativement les qualités organoleptiques et technologiques du lait. Dans certaines régions de France, la lipolyse est un critère de paiement du lait. La susceptibilité des vaches à la lipolyse conditionne les fluctuations de la lipolyse dans le tank. Les vaches dites « non susceptibles » présentent un taux de lipolyse individuel faible et stable pendant leur carrière alors que les vaches dites « susceptibles » présentent un taux de lipolyse fluctuant de faible à très élevé, en fonction des facteurs d’élevage, de l’installation de traite et du stockage. Selon les systèmes d’élevage, plusieurs leviers sont disponibles pour minimiser la lipolyse : sélection de vaches « non susceptibles » à la lipolyse parmi les vaches Holstein ou recours à d’autres races de vaches moins « susceptibles » telles que les vaches de race Normande ou Tarentaise à titre d’exemple, tarissement à 6 mois de gestation pour les vaches « susceptibles », maintien de la fréquence de traite à deux traites par jour. Une attention particulière doit être accordée à l’équilibre des rations (énergie, azote) et à la complémentation (lipides) surtout chez les vaches fortes productrices en début de lactation. Le pâturage semble être associé à des niveaux de lipolyse faibles. Un bon entretien des installations de traite doit être réalisé car la présence de dysfonctionnements multiplie l’impact du circuit de traite sur la lipolyse. Avec les robots de traite, la lipolyse est en moyenne plus élevée qu’en traite conventionnelle, cependant l’amélioration des matériels est continue. Les mécanismes biochimiques, explicatifs de la lipolyse sont toujours à l’étude.)

Les applications sous-marines actuelles exigent la réalisation de travaux de différentes natures dans des zones de plus en plus vastes et toujours plus profondes. La conception et l'utilisation de flottilles d'AUV dans ce contexte est un véritable challenge. Les bénéfices attendus sontmultiples. Premièrement, cela doit permettre de minimiser les coûts grâce à une répartition de ceux-ci sur l'ensemble de la flottille : la perte d'un AUV ou son mauvais fonctionnement ne remettront pas en cause l'intégralité de la mission. Deuxièmement, l'utilisation d'une flottilledoit de fait permettre de réduire le temps d'exécution d'une mission grâce à la parallélisation de certaines tâches. Enfin, la réalisation d'une mission par une flottille permet de conserver le caractère spécialisé des AUV et donc d'envisager plus facilement leur réutilisation dansd'autres contextes. Cependant, les approches de coopération multi-AUV existantes sont limitées par deux principaux verrous : (1) le nombre de communications induit et (2) la gestion de l'hétérogénéité potentielle d'une flottille.L'approche que nous proposons vise à répondre à ces problématiques.L'idée principale est de combiner une approche de coopération réactive avec une approche organisationnelle. L'approche de coopération réactive permet l'échange des signaux de communication très simples. Cependant, elle ne permet de résoudre que des problèmes de coopération de nature assez restreinte qui concernent essentiellement la coordination spatiale de véhicules homogènes. La première contribution de cette thèse est l'extension de l'approche satisfaction-altruisme. Un nouveau mécanisme décisionnel réactif, capable de considérer des actions coopératives de diverses natures, est proposé. La deuxième contribution consiste à spécifier les contextes d'interactions réactives à l'aide d'une approche organisationnelle. Le modèle organisationnel Agent/Groupe/Rôle est utilisé pour avoir une représentation explicite de l'organisation de la flottille. Les concepts de groupe, mais surtout de rôle, sont employés dans l'adressage des signaux de communication et permettent la mise en oeuvre d'interactions hétérogènes avec une grande modularité. L'ensemble est intégré dans une nouvelle architecture logicielle, appelée REMORAS, destinée à équiper des véhicules sous-marins autonomes. Une validation de la faisabilité de notre approche est proposée à l'aide d'une simulation de plusieurs scénarios mettant en jeu des AUV hétérogènes
Underwater marine applications are nowadays branching into various fields covering larger and deeper zones. Performing the required tasks with the aid of AUV flotillas is a real challenge. However, the advantages of using such a new technology are numerous. Firstly, this would highly reduce the cost of the mission thanks to the distribution of this former among the various AUV: the loss of one AUV or its bad functioning will not degrade the performance of the flotilla in general. Secondly, the use of a flotilla reduces the execution time of a mission given the parallelization of certain tasks. Finally, any mission can be accomplished by the flotilla by taking into consideration the specificity of each AUV. In fact, each of these vehicles holds different characteristics rendering the global architecture heterogeneous and therefore applicable in different contexts. However, the methods concerned with multi-AUV cooperation are hindered by two main limitations: (1) the number of communications induced and (2) the management of the heterogeneity in the flotilla.The proposed approach aims at responding to these challenges. The principal idea is to combine this reactive cooperational approach with an organizational one. The reactive cooperational approach allows the exchange of simple communication signals. However, it does not help in solving the problems of cooperation that are very constrained and that mainly concern the spatial coordination of homogeneous vehicles. The first contribution in this thesis is the extension of the satisfaction-altruism approach. A new reactive decisional mechanism capable of considering the cooperative actions of various natures is proposed. The second contribution consists in specifying the context of reactive interactions based on an organizational approach. The organizational model Agent/Group/Role is used in order to have an explicit representation of the flotilla. The concepts of "group" and especially "role" are used in the attribution of the communication signals allowing the accomplishment of heterogeneous interactions with a big modularity. A new concept is therefore born and is integrated in a new software architecture called REMORA intended to equip autonomous underwater vehicles. This proposed new method has been validated through various numerical simulations in different scenarios putting at stake heterogeneous AUV

Le sujet de thèse porte sur la reconnaissance automatique de points d’intérêts (PI) pour un robot d’inspection dans un environnement contraint et dégradé. L’objectif de ces travaux de thèse est de développer une plateforme robotique capable d’effectuer des missions en autonomie en se basant sur des PI visuels et chimiques détectés, une problématique dite bimodale. La combinaison des percepts visuels et chimiques permet d’optimiser la précision de localisation etassure une redondance d’information. Le domaine d’étude concerne 3 cas d’application : le cas 1, l’inspection est réalisée dans un espace confiné (milieu industriel). Le cas 2, l’inspection est réalisée dans un environnement avec un risque avéré de perte de signal et à dominante rocheuse (mine, carrière souterraine). Le cas 3, l’inspection est réalisée dans un environnement ayant subi des déformations importantes et donc une géométrie des lieux d’inspection modifiée et chaotique (catastrophes naturelles de type séisme ou éboulement dans un environnement urbain). Dans cette étude, une méthode d’analyse contextuelle des cas est proposée et présentée afin d’analyser les contraintes des différents environnements complexes pour la solution robotique. La thèse regroupe donc différentes problématiques : l’étude des contraintes de l’environnement, le choix de la solution robotique, la navigation autonome et l’asservissement visuel et chimique. Suite à cette analyse contextuelle, un état de l’art est orienté sur la plateforme robotique terrestre pour déterminer la solution robotique la plus adaptée pour opérer dans les 3 cas d’application. Les robots hexapodes ont été choisis pour leurs capacités à franchir les obstacles, leurs stabilités, et leurs capacités d’emport pour les capteurs, notamment. Une méthode est proposée pour atteindre la source du percept dans un environnement non structuré en s’appuyant sur les PI visuels et chimiques. Pour l’évaluation de la méthodologie proposée, les PI visuels considérées sont de type QR code et la détection de la concentration d’un gaz concernant l’asservissement chimique. L’efficacité du schéma proposé est d’abord démontrée par des simulations. Enfin, un prototype d’hexapode est conçu, construit et développé en utilisant l’architecture logicielle ROS. L’hexapode développé a réalisé une mission au sein d’un environnement industriel et à l’intérieur d’une construction navale comprenant une série d’obstacles (cas 1 de l’étude). Les résultats de cette approche robotique sont enfin présentés, commentés et discutés
The thesis subject concerns the automatic recognition of points of interest (PI) for an inspection robot in a constrained and degraded environment. The objective of this thesis work is to develop a robotic platform capable of carrying out autonomous missions based on detected visual and chemical PIs, a so-called bimodal problem. The combination of visual and chemical percepts optimizes localization accuracy and ensures information redundancy. The field of study concerns 3 application cases: case 1, the inspection is carried out in a confined space (industrial environment). Case 2, the inspection is carried out in an environment with a proven risk of loss of signal and predominantly rocky (mine, underground quarry). Case 3, the inspection is carried out in an environment that has undergone significant deformations and therefore a modified and chaotic geometry of the inspection sites (natural disasters such as earthquakes or landslides in an urban environment). In this study, a contextual case analysis method is proposed and presented in order to analyze the constraints of the different complex environments for the robotic solution. The thesis therefore brings together different issues: the study of environmental constraints, the choice of the robotic solution, autonomous navigation and visual and chemical servoing. Following this contextual analysis, a state of the art is oriented on the terrestrial robotic platform to determine the most suitable robotic solution to operate in the 3 application cases. The hexapod robots were chosen for their ability to overcome obstacles, their stability, and their carrying capacity for sensors, in particular. A method is proposed to reach the source of the percept in an unstructured environment by relying on visual and chemical PIs. For the evaluation of the proposed methodology, the visual PIs considered are of the QR code type and the detection of the concentration of a gas concerning chemical servoing. The effectiveness of the proposed scheme is first demonstrated by simulations. Finally, a hexapod prototype is designed, built and developed using the ROS software architecture. The developed hexapod carried out a mission within an industrial environment and inside a shipbuilding including a series of obstacles (case 1 of the study). The results of this robotic approach arefinally presented, commented and discussed

L’asservissement visuel est une technique de commande reposant sur des mesures issues d’une caméra. Cette technique est apparue à la fin des années 80 pour contrôler des robots mobiles ou des bras manipulateurs. Depuis peu, l’asservissement visuel est appliqué aux engins volants, pour lesquels ce type de contrôle a un fort potentiel opérationnel. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception d’asservissements visuels pour deux types d’engins volants : les minidrones à voilures tournantes et les avions. Nous essayons autant que possible de spécifier le problème en termes de régulation dans l’image en prenant en compte des contraintes forte sur la nature des capteurs utilisés. Ainsi nous considérons uniquement les capteurs embarqués, autonomes, et dont la qualité est compatible d’un asservissement précis. Pour cela, nous proposons des lois d’asservissement visuels adaptés à la dynamique des engins considérés, à leurs structures de contrôle et à leurs systèmes de mesures. Pour les minidrones à voilures tournantes, une série de lois de commande est proposée pour stabiliser l’engin relativement à une cible plane dont quelques amers sont détectés en temps réel. Ces commandes ont la particularité de ne pas nécessiter de mesure de vitesse de translation. Caractéristique intéressante puisque cette grandeur est particulièrement difficile à mesurer sans GPS. L’un des algorithmes a été validé en vol sur la plateforme Hovereye de Bertin Technologies, il s’agissait, à notre connaissance du premier asservissement visuel basé image, réalisé en intérieur, sur un minidrone. Pour les engins à voilures fixes une nouvelle technique d’atterrissage autonome basée sur la détection des bords de la piste est proposée. Cette technique est basée image et prend en compte les spécificités du vol d’un avion ainsi qu’une estimation de la vitesse du vent. La validation de cette approche est réalisée sur un simulateur complexe incluant la chaîne de traitement d’image. Enfin, nous avons cherché de nouvelles applications à l’asservissement visuel basé image d’engins à voilures fixes. Une loi de commande permettant une stabilisation précise sur une orbite d’observation a ainsi été synthétisée. Elle repose sur la détection d’un unique amer et du flux optique de translation. Des simulations illustrent les performances de ce dernier algorithme
The visual servo control technology is based on measurements form a camera. This technique appeared in the late 80’s to control mobile robots or manipulators. Recently, visual servoing is applied to flying vehicles, for which this type of control has a strong operational potential. In this thesis, we focus on the design of visual servoing for two types of flying vectors : the VTOL minidrones and fixed-wing aircrafts. We try wherever possible to specify the problem in terms of regulation in the picture by taking into account the limitations of the sensors used. Thus we consider only the onboard sensors autonomous, and whose quality is consistent with a the considered visual servoing tasks. For this, we propose visual servoing laws adapted to the considered systems intheir control structures and their measurement systems. For VTOL minidrones, a series of control laws is proposed to stabilize the vehicle with respect to a relativity flat target which some landmarks are detected in real time. These commands have the distinction of not requiring measurements of the speed of translation. This characteristic is especially interesting, since this variable is particularly difficult to measure without GPS. One of the algorithms has been, validated in fight ion the platform. HoverEye developed by Bertin Technologies, it was, to our knowledge the first image based visual servoing, conducted indoors on a minidrones. For fixed-wing aircrafts, a next autonomous landing technique based on the detection of runway’s edges is proposed. This technique is image based and takes into account the specificities of aircraft flight dynamics. Moreover a specific estimate of cross-wind is proposed. Validation of this approach is performed on a complex simulator which includes images processing. Finally, we sought new applications in image based visual servoing for fixed-wing aircrafts. A control law for precise stabilization on observation orbit has been synthesized. It is based on the detection of a single landmark and translational optical flow. Simulations illustrate the performance of that algorithm

Le travail présenté dans le mémoire traite des problèmes liés au contrôle d'exécution des actions des robots mobiles autonomes. Une première partie présente l'architecture de contrôle globale et la compare à d'autres approches. On décrit les niveaux hiérarchiques qui la constituent et leurs rôles dans le fonctionnement du système. Le niveau inférieur, composé d'un ensemble de modules, rassemble les fonctions de perception, de modélisation et d'action du système. La seconde partie présente le niveau exécutif. L'exécutif doit suivre l'exécution des fonctions, résoudre les conflits entre modules, accomplir certaines actions réflexes et maintenir une information sur l'utilisation des ressources non partageables du robot. Il peut être vu comme un ensemble d'automates, qui interagissent et changent d'état selon les requêtes qui arrivent du niveau supérieur et les répliques qui proviennent des modules. La mise en oeuvre de l'exécutif utilise le système à base de règles KHEOPS. La compilation faite par KHEOPS permet, à partir d'un ensemble de variables d'entrée et de sortie et des règles qui les relient, d'obtenir un arbre de décision équivalent et de profondeur connue, ce qui garantit un temps d'exécution borné pour l'exécutif. La compilation permet aussi de garantir certaines propriétés logiques des automates mis en place. La troisième partie présente les relations entre le niveau fonctionnel (modules et exécutif) et la couche immédiatement supérieure, le niveau tache. Ce niveau est basé sur le système PRS, qui transforme des taches de haut niveau d'abstraction en procédures d'actions reconnues par le niveau fonctionnel et surveille leur exécution. Le mémoire présente une équivalence entre un sous-ensemble de PRS et les réseaux de Pétri colorés, ce qui permet de faire une vérification du niveau tache quand l'équivalence existe. Enfin, on présente quelques rés ultats de la mise en oeuvre expérimentale de ces travaux avec le robot Hilare 2.

Le travail présente dans le mémoire traite des problèmes liés au contrôle d'exécution des actions des robots mobiles autonomes. Une première partie présente l'architecture de contrôle globale et la compare à d'autres approches. On décrit les niveaux hiérarchiques qui la constituent et leurs rôles dans le fonctionnement du système. Le niveau inférieur, compose d'un ensemble de modules, rassemble les fonctions de perception, de modélisation et d'action du système. La seconde partie présente le niveau exécutif. L'exécutif doit suivre l'exécution des fonctions, résoudre les conflits entre modules, accomplir certaines actions reflexes et maintenir une information sur l'utilisation des ressources non partageables du robot. Il peut être vu comme un ensemble d'automates, qui interagissent et changent d'état selon les requêtes qui arrivent du niveau supérieur et les répliques qui proviennent des modules. La mise en oeuvre de l'exécutif utilise le système à base de règles kheops. La compilation faite par kheops permet, à partir d'un ensemble de variables d'entrée et de sortie et des règles qui les relient, d'obtenir un arbre de décision équivalent et de profondeur connue, ce qui garantit un temps d'exécution borne pour l'exécutif. La compilation permet aussi de garantir certaines propriétés logiques des automates mis en place. La troisième partie présente les relations entre le niveau fonctionnel (modules et exécutif) et la couche immédiatement supérieure, le niveau tache. Ce niveau est basé sur le système prs, qui transforme des taches de haut niveau d'abstraction en procédures d'actions reconnues par le niveau fonctionnel et surveille leur exécution. Le mémoire présente une équivalence entre un sous-ensemble de prs et les réseaux de petri colores, ce qui permet de faire une vérification du niveau tache quand l'équivalence existe. Enfin, on présente quelques résultats de la mise en oeuvre expérimentale de ces travaux avec le robot hilare 2.

Le travail présenté dans ce mémoire propose une solution pour l’amélioration de « l’autonomie globale » d’un système robotisé. Celle-ci est l’association d’autonomies de deux natures, une liée à une architecture structurelle et l’autre liée à l’architecture de commande. Après une étude des solutions cinématiques existantes en robotique mobile à roues, il est montré comment on peut apporter un maximum d’autonomie de déplacement à un robot mobile en se focalisant sur son architecture structurelle. Le résultat obtenu est un robot omnidirectionnel. Cet aspect ne représente qu’une partie de l’amélioration de l’autonomie. En effet, le concept « d’autonomie globale » consiste à compléter le travail sur l’architecture structurelle par une amélioration de l’architecture de commande. Fait alors suite une étude bibliographique des architectures de commandes existantes allant jusqu’à la prise en compte des architectures logicielles. Une solution modulaire, hiérarchique, multi-niveaux permettant de représenter l’ensemble des niveaux d’autonomie attendus pour un robot autonome est développée. Elle a comme spécificité l’intégration avancée de la télé-opération. Ceci permet d’augmenter le nombre de modes de fonctionnements disponibles et aussi de pouvoir construire progressivement l’architecture de commande. Différentes applications ont été réalisées sur la base de cette architecture : la diversité des robots utilisés (robot omnidirectionnel, robot mobile embarquant des télémètres, robot médical porte-sonde) montre l’aspect générique donné à cette architecture

Il y a un besoin grandissant d'autonomie dans des complexes tels que les robots ou les satelli-tes. Ceci met en avant un problème non trivial : d'un côté il y a des systèmes complexes - donc difficiles à valider - avec une intervention de l'humain réduite, de l'autre nous avons des domai-nes où la sûreté fonctionnellement est nécessaire. A partir de là comment être sûr qu'un sys-tème autonome avec un pouvoir décisionnel fort, n'aura pas un comportement pouvant menacer le déroulement de la mission? Nous présentons ici les travaux effectués pour intégrer un contrô-leur d'exécution dans une architecture hiérarchisée. Nous décrivons la nécessité et le rôle d'un tel composant. Nous introduisons le R2C, notre contrôleur basé sur les hypothèses synchrones, ainsi que l'outil permettant sa génération. Enfin nous discutons de la nécessité de prendre en compte les composants décisionnels dans le contrôle. Les résultats obtenus durant des expéri-mentations confirment les idées issues de ce travail et permettent d'en tirer les conclusions et perspectives sur le contrôle en ligne de ces systèmes
There is an increasing need for advanced autonomy in complex embedded real-time systems such as robots or satellites. Still, this raises a major problem : on one side we have complex sys-tems - therefore, hard to validate - with little human intervention, on the other side these systems are used in domains where safety is critical. How can we guaranty that an autonomous system, with high level decisional capabilities, will exhibit a proper behavior and will not jeopardize the mission? The work we present here integrate an on-line execution control component for hierar-chical architectures. We first describe the role of this program. Then we introduce the R2C, our controller based on synchronous hypothesis, and the tool used to generate it. We then discuss why it is important to take into account the decisional components in our controller. We eventu-ally illustrate our contribution with some experimental results. We then conclude and give some possible future work in this area

Un robot mobile autonome doit réaliser des tâches non répétitives dans un environnement imparfaitement connu et non-coopératif, voire hostile. Dans ce contexte les missions attribuées au robot ne peuvent être définies que de façon abstraite et peu détaillée, et le robot doit être doté de moyens pour les interpréter, appréhender l'environnement, décider des actions adéquates et réagir aux événements asynchrones. Afin de concilier décision et réaction, l'architecture de contrôle proposée, c'est-à-dire la manière dont sont organisées les composantes logicielles du robot, comporte deux niveaux hiérarchiques : les niveaux décisionnel et fonctionnel. Ce second niveau, objet principal de la thèse, fournit l'ensemble des capacités opératoires du système (perception, modélisation, mouvements et actions). La première partie du mémoire présente l'architecture globale et fournit un état de l'art et une analyse critique focalisée sur l'organisation des systèmes réactifs. La seconde partie explicite les conditions requises au niveau de la couche fonctionnelle pour satisfaire l'autonomie, la réactivité et la programmabilité du robot. Ces caractéristiques, associées à la grande diversité et aux contraintes temporelles des fonctions opératoires, ont conduit à une structuration en modules. La formalisation structurelle, comportementale et fonctionnelle des modules a permis en particulier de concevoir des méthodes générales d'intégration de fonctions. Les fonctions ainsi encapsulées dans les modules composent un ensemble de services homogènes, réactifs et observables à la disposition du niveau décisionnel qui accomplit les tâches du robot en les combinant dynamiquement en un arbre d'activités. Les modules sont décrits et produits au moyen d'un langage de spécification associé à un générateur automatique nommé GenoM. La dernière partie présente trois intégrations complètes. La première concerne Hilare, un robot expérimental d'intérieur é quipé de nombreux capteurs et fonctionnalités. Des méthodes originales de localisation et de contrôle de déplacement pour véhicule non-holonome sont détaillées. La seconde porte sur la navigation en milieu naturel du robot tout terrain ADAM. La dernière, relative à la coopération multi-robots, a conduit à une simulation réaliste d'une quinzaine de robots (sous UNIX) et à une expérimentation réelle avec trois robots Hilare (sous VxWorks).

Un des défis majeurs pour le déploiement de systèmes autonomes dans des environnements variés, non structurés et à proximité de l'homme, est d'établir la confiance entre ces systèmes et leurs utilisateurs. En effet, les fautes internes du système, les incertitudes sur la perception, ou encore les situations non prévues, sont des menaces importantes qui pèsent sur cette confiance. Nos travaux se concentrent sur les robots autonomes qui font partis des systèmes autonomes. La validation du logiciel de navigation embarqué dans les robots est généralement centrée sur des tests sur le terrain, qui sont coûteux et potentiellement risqués pour le robot lui-même ou son environnement. De plus, il n'est possible de tester le système que dans un sous-ensemble restreint de situations. Une approche alternative consiste à effectuer des tests basés sur la simulation en immergeant le logiciel dans des mondes virtuels. L'objectif de cette thèse est d'étudier les possibilités et les limites qu'offre le test en simulation du logiciel embarqué dans les systèmes autonomes. Nos travaux traitent particulièrement du test en simulation de la couche de navigation de systèmes autonomes mobiles. Le premier chapitre présente les contextes de la sûreté de fonctionnement, des systèmes autonomes et de leur test, de la simulation et de la génération procédurale de mondes. Les problématiques liées au test des systèmes autonomes en simulation, telles que la définition et la génération des entrées ainsi que l'expression de l'oracle, sont identifiées et discutées. La génération procédurale de mondes utilisée dans les jeux vidéos est retenue comme piste pour répondre au problème de la générations des entrées de test (mondes et missions). Une première contribution est proposée dans le 2ème chapitre qui s'appuie sur la définition et l'implémentation d'une première plateforme expérimentale de test en simulation avec un robot mobile. Le logiciel de navigation utilisé est intégré dans le framework Genom et testé avec le simulateur MORSE. À travers cette expérimentation, des premières conclusions sont établies sur la pertinence de la génération procédurale de mondes, et sur l'oracle à considérer. Des mesures comme la tortuosité ou l'indéterminisme de la navigation sont définies. Ce premier travail mène également à proposer une approche permettant de définir des niveaux de difficulté de mondes. L'objectif du 3ème chapitre est d'identifier si les fautes connues et corrigées dans un logiciel de navigation auraient pu être détectées via la simulation. Près de 10 ans de commits du logiciel de navigation (dont le module P3D qui est une version académique d'un planificateur de trajectoire utilisé par la NASA) ont été ainsi analysés. Chaque faute relevée est étudiée pour déterminer si elle serait activable en simulation, et l'oracle nécessaire pour la détecter. De nombreuses recommandations sont extraites de cette étude, notamment sur les propriétés de l'oracle à mettre en place pour ce genre de système. Dans le quatrième chapitre, les enseignements tirés des deux chapitres précédents sont mis en œuvre dans une étude de cas d'un robot industriel. Le système considéré, fourni par notre partenaire industriel Naïo est celui du robot agricole bineur Oz. Les conclusions des chapitres précédents concernant la génération de monde et les oracles nécessaires sont validées par une campagne de test intensifs en simulation
One of the major challenges for the deployment of autonomous systems in diverse, unstructured and human shared environments, is the trust that can be placed in those systems. Indeed, internal faults in those systems, uncertainties on the perception, or even unforeseen situations, threat this confidence. Our work focus in autonomous robots, which are part of autonomous systems. The validation of the navigation software embedded in robots typically involves test campaigns in the field, which are expensive and potentially risky for the robot itself or its environment. These tests are able to test the system only in a small subset of situations. An alternative is to perform simulation-based testing, by immersing the software in virtual worlds. The aim of this thesis is to study the possibilities and limits offered by simulation-based testing of embedded software in autonomous systems. Our work deals particularly with simulation-based testing of the navigation layer of autonomous mobile robots. The first chapter introduce the contexts of dependability, autonomous systems and their testing, simulation and procedural generation of worlds. We identify and discuss the issues related to autonomous systems simulation-based testing, such as the definition and generation of inputs as well as the oracle. The procedural generation of worlds used in video games is retained as a way to answer the problem of the generation of test inputs (worlds and missions). A first contribution is presented in the second chapter, which is based on the definition and implementation of a first experimental simulation-based testing framework with a mobile robot. The navigation software used is integrated into the Genom framework and tested with the MORSE simulator. Through this experiment, first conclusions are drawn on the relevance of the procedural generation of worlds, and on the oracle to be considered. Measures such as tortuousness or indeterminism of navigation are defined. This first work also leads to propose an approach to define levels of difficulty of worlds. The purpose of the third chapter is to identify whether faults known and corrected in a academic navigation software could have been detected through simulation-based testing. Nearly 10 years of commits of the navigation software (including the P3D module which is an academic version of a trajectory planner used by NASA) were thus analyzed. Each fault detected is studied to determine the oracle necessary to detect it whether it could be activated in simulation. Many recommendations are extracted from this study, especially on the properties of the oracle to set up for this type of system. In the fourth chapter, lessons learned from the previous two chapters are implemented for the case of an industrial robot. The considered system, provided by our industrial partner Naïo is the agricultural robot Oz. The conclusions of the preceding chapters regarding the world generation and the oracles are validated by an intensive test campaign in simulation

Les systèmes informatiques connaissent des défaillances qui entraînent des pertes de données. Les systèmes robotiques collaboratifs, opérant de manière autonome, sont très sensibles à ces défaillances. L'usage de mécanismes de sauvegarde est alors utile. Les mécanismes de communication opportuniste reposent sur les technologies de communication sans-fil courte portée pour permettre des interactions entre deux calculateurs mobiles lorsque leur proximité physique le permet. Pour pallier l'absence d'une couverte réseau permanente, nous proposons un système de sauvegarde basé sur les communications opportunistes pour réduire les coûts des défaillances au sein d'une flotte de robots mobiles autonomes
Failures of mobile computing devices can lead to severe data loss. Collaborative robotic systems, designed to work in total autonomy, are sensitive to these failures. Usual methods relying on remote backup can no longer be used in a context of high mobility. Short-range communication media can be used to overcome data failure through opportunistic communications for data backup. When two devices enter their respective communication range, they can initiate an ephemeral data exchange. To overcome the lack of global network coverage in those system, we propose a backup system based on opportunistic communications to reduce the costs induced by failures inside a swarm of autonomous mobile robots