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Dissertations / Theses on the topic 'Robots autonomes – Systèmes à réaction'
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Carlési, Nicolas. "Coopération entre véhicules sous-marins autonomes : une approche organisationnelle réactive multi-agent." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20092.
Full textAbstract:
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 hétérogènesUnderwater 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
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Morin-Duponchelle, Guillaume. "Reconnaissance automatisée de points d’intérêts pour un robot d’inspection dans un environnement contraint et dégradé : inspection visuelle et chimique par un robot hexapode." Electronic Thesis or Diss., Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2022. http://www.theses.fr/2022ENTA0009.
Full textAbstract:
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 discutésThe 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
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Le, Bras Florent. "Contributions à l'asservissement visuel de véhicules aériens autonomes." Nice, 2010. http://www.theses.fr/2010NICE4110.
Full textAbstract:
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 algorithmeThe 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
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DE, MEDEIROS Adelardo A. D. "Contrôle d'exécution pour robots mobiles autonomes: architecture, spécification et validation." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010029.
Full textAbstract:
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.
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Medeiros, Adelardo Adelino Dantas de. "Contrôle d'exécution pour robots mobiles autonomes : architecture, spécification et validation." Toulouse 3, 1997. http://www.theses.fr/1997TOU30027.
Full textAbstract:
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.
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Mourioux, Gilles. "Proposition d'une architecture multifonctions pour l'autonomie globale des robots." Orléans, 2006. http://www.theses.fr/2006ORLE2022.
Full textAbstract:
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
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Py, Frédéric. "Contrôle d'exécution dans une architecture hiérarchisée pour systèmes autonomes." Toulouse 3, 2005. http://www.theses.fr/2005TOU30199.
Full textAbstract:
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 systèmesThere 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
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Fleury, Sara. "Architecture de contrôle distribuée pour robot mobile autonome : principes, conception et applications." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00165569.
Full textAbstract:
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).
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Sotiropoulos, Thierry. "Test aléatoire de la navigation de robots dans des mondes virtuels." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30097/document.
Full textAbstract:
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 simulationOne 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
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Martin-Guillerez, Damien. "Mécanismes de prise de points de reprise opportunistes pour robots mobiles autonomes." Rennes 1, 2009. ftp://ftp.irisa.fr/techreports/theses/2009/martin-guillerez.pdf.
Full textAbstract:
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 autonomesFailures 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
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Alami, Rachid. "Robots autonomes : du concept au robot. Architectures, représentations et algorithmes." Habilitation à diriger des recherches, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00165562.
Full textAbstract:
Le travail présenté procède de l'ambition de doter le robot d'un haut niveau de flexibilité et d'adaptation à la tâche en présence d'imprécisions et d'incertitudes liées à celle-ci et à son état interne. Ceci se traduit par le développement de concepts et d'outils visant à permettre au robot de planifier sa tâche et d'en contrôler l'exécution. Une première partie porte sur l'élaboration d'architectures permettant d'intégrer les composantes décisionnelle et fonctionnelle et de mettre en \oe uvre des processus bouclés sur la tâche et sur l'environnement à différents niveaux d'abstraction. Elle présente notamment une architecture de contrôle générique permettant à la fois l'élaboration d'un plan d'actions (processus généralement coûteux en temps calcul et non borné dans le temps), et la disponibilité permanente dans un environnement évolutif (réactivité). Un deuxième aspect concerne le développement de représentations et d'algorithmiques pour la planification et l'interprétation de plans: planification logique et temporelle (au niveau de la mission) mais aussi planification géométrique (plus proche de la tâche). Les contributions portent sur la planification de mission avec prise en compte de contraintes temporelles et du non-déterminisme, la coopération multi-robot, la planification des tâches de manipulation, ainsi que la planification de stratégies de déplacement pour un robot mobile en présence d'incertitudes. La dernière partie présente la réalisation effective de systèmes robotiques complets démontrant les capacités développées et servant de support de validation et d'aiguillons exigeants à l'extension de ces mêmes capacités.
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Vega, Emanuel Pablo. "Conception orientée-tâche et optimisation de systèmes de propulsion reconfigurables pour robots sous-marins autonomes." Thesis, Brest, 2016. http://www.theses.fr/2016BRES0067/document.
Full textAbstract:
Dans ce travail, l’optimisation de la propulsion et de la commande des AUV (Autonomous Underwater Vehicles en anglais) est développée. Le modèle hydrodynamique de l’AUV est examiné. Egalement, son système de propulsion est étudié et des modèles pour des solutions de propulsion différentes (fixe et vectorielle) sont développés dans le cadre de la mobilité autonome.Le modèle et l’identification de la technologie de propulsion dite fixe sont basés sur un propulseur disponible commercialement. Le système de propulsion vectoriel est basé sur un prototype de propulseur magneto-couplé reconfigurable (PMCR) développé à l’IRDL-ENIB.Une méthode de commande non linéaire utilisant le modèle hydrodynamique de l’AUV est développée et son adaptation à deux systèmes de propulsion est présentée. Des analyses portant sur la commandabilité du robot et l’application de cette commande à différents systèmes sont proposées. L’optimisation globale est utilisée pour trouver des topologies propulsives et des paramètres de commande adaptés à la réalisation de tâches robotiques spécifiques. L’optimisation réalisée permet de trouver des solutions capables d’assurer le suivi de trajectoire et de minimiser la consommation énergétique du robot. L’optimisation utilise un algorithme génétique (algorithme évolutionnaire), une méthode d’optimisation stochastique appliquée ici à la conception orientée tâche de l’AUV. Les résultats de cette optimisation peuvent être utilisés comme une étape préliminaire dans la conception des AUVs, afin de donner des pistes pour améliorer les capacités de la propulsion.La technique d’optimisation est également appliquée au robot RSM (fabriqué au sein de l’IRDL-ENIB) en modifiant seulement quelques paramètres de sa topologie propulsive. Cela afin d’obtenir des configurations de propulsion adaptées au cours d’une seule et même mission aux spécificités locomotrices des tâches rencontrées : reconfiguration dynamique de la propulsion de l’AUVIn this PhD thesis, the optimization of the propulsion and control of AUVs is developed. The hydrodynamic model of the AUVs is examined. Additionally, AUV propulsion topologies are studied and models for fixed and vectorial technology are developed. The fixed technology model is based on an off the shelf device, while the modeled vectorial propulsive system is based on a magnetic coupling thruster prototype developed in IRDL (Institut de Recherche Dupuy de Lôme) at ENI Brest. A control method using the hydrodynamic model is studied, its adaptation to two AUV topologies is presented and considerations about its applicability will be discussed. The optimization is used to find suitable propulsive topologies and control parameters in order to execute given robotic tasks, speeding up the convergence and minimizing the energy consumption. This is done using a genetic algorithm, which is a stochastic optimization method used for task-based design.The results of the optimization can be used as a preliminary stage in the design process of an AUV, giving ideas for enhanced propulsive configurations. The optimization technique is also applied to an IRDL existing robot, modifying only some of the propulsive topology parameters in order to readily adapt it to different tasks, making the AUV dynamically reconfigurable
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Marey, Mohammed Abdel-Rahman. "Contributions to control modeling in visual servoing, task redundancy and joint limits avoidance." Rennes 1, 2010. http://www.theses.fr/2010REN1S134.
Full textAbstract:
Visual servoing has become a popular paradigm in robot control by exploiting the information provided by a vision sensor in a feedback control loop. The research described in this dissertation aims mainly to solve problems in visual servoing control and to improve the ability to consider more effectively additional tasks. This thesis presents the state of art in visual servoing, redundancy, and joint limits avoidance and the following contributions: A new first order control scheme obtained by introducing a behavior parameter in a hybrid control matrix is first proposed. It allows a better behavior of the system when suitable values for the behavior parameter are satisfied. An analytical analysis of the most common control scheme and the new one is performed when the camera displacement is a combination of a translation along and a rotation around the camera optical axis. New second order control schemes are also proposed to enhance the behavior of the system when the problem of reaching a desired singular configuration is considered. Theoretical contributions regarding redundancy-based task-priority are achieved by developing a new projection operator obtained by considering only the norm of the main task. This leads to a less constrained problem and enlarges the applicability domain of redundancybased task-priority. New strategies for redundancy-based robot joint limits avoidance are developed. The problem of adding additional secondary tasks to the main task while ensuring the joint limits avoidance is finally solved. All these works have been investigated experimentally using an eye-in-hand system and visual servoing applicationsL’asservissement visuel est devenu une approche classique dans le cadre de la commande de robots exploitant les informations fournies par un capteur de vision dans une boucle de commande. La recherche décrite dans cette thèse vise à résoudre des problèmes d’asservissement et à améliorer la capacité de gérer plus efficacement les tâches supplémentaires. Cette thèse présente tout d’abord l’état de l’art en asservissement visuel, redondance et évitement des butées articulaires. Elle propose ensuite les contributions suivantes: Un schéma de commande est obtenu en introduisant un paramètre de comportement dans un contrôle hybride. Il permet un meilleur comportement du système lorsque des valeurs appropriées du paramètre sont sélectionnées. Une étude analytique des lois de commandes les plus courantes et de la nouvelle loi proposée est effectuée dans le cas de mouvements de translation et de rotation selon l’axe optique. De nouveaux schémas de commande sont également proposés pour améliorer le comportement du système lorsque la configuration désirée est singulière. Les contributions théoriques concernant le formalisme de la redondance reposent sur l’élaboration d’un opérateur de projection obtenu en ne considérant que la norme de la tâche principale. Cela conduit à un problème moins contraint et permet d’élargir le domaine d’application. De nouvelles stratégies d’évitement des butées articulaires du robot fondées sur la redondance sont développées. Le problème d’ajouter des tâches secondaires à la tâche principale, tout en assurant l’évitement des butées articulaires, est également résolu. Tous ces travaux ont été validés par des expérimentations dans le cadre d’applications d’asservissement visuel
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Mansard, Nicolas. "Enchaînement de tâches robotiques." Rennes 1, 2006. http://www.theses.fr/2006REN1S097.
Full textAbstract:
Le point de départ de nos travaux est l'asservissement référencé capteur qui permet une très bonne convergence locale, mais converge difficilement lorsque la tâche est complexe par rapport aux degrés de liberté disponibles et aux contraintes à respecter. Notre objectif est de construire une méthode générale pour réaliser un enchaînement de tâches robotiques permettant d'élargir le domaine d'application de la commande référencée capteur. Ces travaux s'articulent autour de deux axes principaux. Dans la première partie, nous construisons une structure de contrôle nommée pile de tâches permettant un contrôle du robot à un plus haut niveau en modifiant pendant l'asservissement les tâches de la pile. Dans la seconde partie, nous utilisons ces fonctionnalités pour réaliser automatiquement l'enchaînement des tâches. Ceci permet d'accomplir la tâche globale et d'assurer en même temps le respect des contraintes. Cette méthode générique est enfin appliquée à différents types de robot.
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Ruffo, de Bonneval de la Fare des Comtes de Sinopoli de Calabre Marie-des-Neiges. "Problèmes éthiques posés par le remplacement de l'humain par des robots : le cas des systèmes d'armes autonomes." Thesis, Paris 4, 2016. http://www.theses.fr/2016PA040006.
Full textAbstract:
Ce travail s’interroge sur l’impact éthique du remplacement des humains par des robots, particulièrement dans le cadre militaire avec les systèmes d’armes létales autonomes (SALA). Il fait le point sur les robots militaires et les logiciels existants qui contribuent à leur autonomie jusqu’en 2014. L’augmentation progressive de l’autonomie des robots signe le remplacement possible de l’humain, l’agir moral des machines à la place de l’homme est dès lors une problématique. Le robot peut-il être un agent moral ? Peut-on créer un agent moral artificiel ? Quelles sont les contraintes techniques, algorithmiques, juridiques et éthiques auxquelles une telle réalisation serait confrontée, notamment dans le monde militaire ? La robotisation est une réalité qui a déjà des effets sur le politique et le militaire comme l’illustre l’usage des drones. Quels pourraient être les effets d’une plus grande autonomie des robots pour l’obtention de la victoire et vis-à-vis de l’éthique militaire ? L’aspect novateur ne doit pas oblitérer les défis qui se posent tant aux soldats qu’aux robots. Si aucun n’est infaillible, que peut-on conclure du projet de créer des robots moraux, et quel avenir peut-on envisager pour une robotique respectueuse de l’éthique militaire ?This work examines the ethical impact of replacing human beings with robots, especially in the military context. It focuses on existing military robots and on programmes contributing to their autonomy until 2015. Increasing autonomy of robots signs the possible replacement of the human being; the moral behaviour of the machines replacing the moral action of man is therefore an issue. Can the robot be a moral agent? Can one create an artificial moral agent? What are the technical, algorithmic, legal and ethical constraints that such achievement would face, especially in the military environment? Robotics are a reality having already an impact on the political and military world, as illustrated by the use of unmanned air vehicles. What might be the effects of greater autonomy of robots in obtaining victory and towards military ethics? The innovative aspect should not obliterate the challenges facing soldiers as well as robots. If no one is infallible, what can one conclude about the project of creating moral robots, and what kind of future can we look for in view of friendly robotics respecting military ethics?
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Legault, Jérémie. "La régulation internationale des SALA : est-elle nécessaire et voulue par les États en mesure de les développer?" Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/67240.
Full textAbstract:
La recherche entourant le développement des systèmes d'armes létaux autonomes (SALA) bat son plein depuis quelques années et l'autonomie dans la robotique militaire devient un attrait de plus en plus convoité par les États. Cependant, la conception et l'usage des SALA dans les théâtres des hostilités modernes soulèvent des enjeux liés au droit international humanitaire (DIH). Ces robots soldats autonomes seront-ils en mesure d'appliquer les principes de la conduite des hostilités de façon fiable? Les SALA pourront-ils commettre moins d'erreurs de ciblage que des soldats humains? Dans un premier temps, ce mémoire bidisciplinaire a pour objectif de répondre à la question de recherche suivante : le DIH actuel est-il suffisant pour réguler efficacement les SALA? Dans un deuxième temps, ce travail de recherche tentera de déterminer quelle est la posture de cinq États-clés dans ce dossier par rapport à une régulation spécifique des SALA. Ainsi, la seconde question de recherche va comme suit : les États en mesure de développer des SALA ont-ils la volonté de les réguler? Une analyse juridique élaborée ainsi qu'une revue des différents comportements politiques de certains États permettront de répondre à ces deux questionnements et de dresser un portrait réaliste et actuel des débats internationaux entourant l'avènement des robots soldats.The research surrounding the development of lethal autonomous weapon systems (LAWS) is in full swing for a few years and the autonomy in the military robotic is becoming an increasingly coveted attraction by States. However, the design and use of LAWS on modern battlefields raise issues related to international humanitarian law (IHL). Will these autonomous robot soldiers be able to reliably apply the principles of the conduct of hostilities? Will LAWS be able to make less targeting errors than human soldiers? As a first step, this bidisciplinary dissertation aims to answer the following research question: Is current IHL sufficient to effectively regulate LAWS? Secondly, this research will attempt to determine the posture of five key States in this matter in relation to a specific regulation of LAWS. Thus, the second question of research goes as follows: Do states able to develop LAWS have the will to regulate them? An elaborate legal analysis and a review of the different political behaviours of relevant States will help answer these two questions and provide a realistic and current picture of the international debates concerning the advent of robot soldiers.
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Kökösy, Annemarie. "Système de commande automatique et poursuite pratique : application aux robots industriels." Université de Besançon, 1999. http://www.theses.fr/1999BESA2002.
Full textAbstract:
La première partie de la thèse développe la théorie de la poursuite pratique de système dynamique continus, non linéaires, en l’occurrence de systèmes mécaniques. La synthèse d’une commande garantissant cette qualité de poursuite est particulièrement avantageuse pour les systèmes industriels. Une des différences majeures entre la poursuite au sens de Lyapounnov et la poursuite pratique porte sur l’intervalle de temps sur lesquelles les différentes propriétés de poursuite sont définies. Pour la poursuite au sens de Lyapounnov, le temps final est infini, tandis que pour la poursuite pratique, le temps final peut être fini ou infini. […] Après avoir établi les conditions suffisantes garantissant la poursuite , la deuxième partie de la thèse présente la synthèse d’une commande de poursuite pratique. […] Tous les résultats théoriques sont illustrés et complètement vérifiés par des simulations réalisées sur un robot à trois degrés de liberté en rotationThe first part of the thesis develops the theory of the practical pursuit of continuous, non-linear dynamic systems, in this case of mechanical systems. The synthesis of a command guaranteeing this quality of tracking is particularly advantageous for industrial systems. One of the major differences between tracking in Lyapunnov's sense and practical tracking relates to the time interval over which the different tracking properties are defined. For the pursuit in the sense of Lyapunnov, the final time is infinite, while for the practical pursuit, the final time can be finite or infinite. […] After having established the sufficient conditions guaranting the pursuit, the second part of the thesis presents the synthesis of a practical pursuit order. [. . . ] All the theoretical results are illustrated and fully verified by simulations carried out on a robot with three degrees of freedom in rotation
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Clodic, Aurélie. "Supervision pour un robot interactif : action et interaction pour un robot autonome en environnement humain." Toulouse 3, 2007. http://www.theses.fr/2007TOU30248.
Full textAbstract:
Nos travaux portent sur la supervision d'un robot autonome en environnement humain et plus particulièrement sur la prise en compte de l'interaction homme-robot au niveau décisionnel. Dans ce cadre, l'homme et le robot constituent un système dans lequel ils partagent un espace commun et échangent des informations à travers différentes modalités. L'interaction peut intervenir soit sur une requête explicite de l'homme, soit parce que le robot l'a estimée utile et en a pris l'initiative. Dans les deux cas le robot doit agir afin de satisfaire un but en prenant en compte de manière explicite la présence et les préferences de son partenaire humain. Pour cela, nous avons conçu et développé un système de supervision nommé Shary qui permet de gérer des tâches individuelles (où seul le robot est impliqué) et des tâches jointes (où le robot et un autre agent sont impliqués). Ce système se compose d'une mécanique d'exécution de tâches gérant d'une part la communication nécessaire au sein d'une tâche et d'autre part l'affinement de la tâche en sous-tâches. Pour cela chaque tâche est définie par un plan de communication et un plan de réalisation auxquels sont associés des moniteurs de suivi. Nous avons développé ce système sur le robot Rackham dans le cadre d'une tâche de "Guide de musée". Nous avons également utilisé ce système dans le cadre d'une tâche du type : "apporter quelque chose à quelqu'un" sur le robot Jido pour montrer la généricité du systèmeHuman-robot collaborative task achievement requires specific task supervision and execution. In order to close the loop with their human partners robots must maintain an interaction stream in order to communicate their own intentions and beliefs and to monitor the activity of their human partner. In this work we introduce SHARY, a supervisor dedicated to collaborative task achievement in the human robot interaction context. The system deals for one part with task refinement and on the other part with communication needed in the human-robot interaction context. To this end, each task is defined at a communication level and at an execution level. This system has been developped on the robot Rackham for a tour-guide demonstration and has then be used on the robot Jido for a task of fetch and carry to demonstrate system genericity
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Mouad, Mehdi. "Architecture de COntrôle/COmmande dédiée aux systèmes Distribués Autonomes (ACO²DA) : application à une plate-forme multi-véhicules." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22437/document.
Full textAbstract:
La complexité associée à la coordination d’un groupe de robots mobiles est traitée dans cette thèse en investiguant plus avant les potentialités des architectures de commande multi-contrôleurs dont le but est de briser la complexité des tâches à exécuter. En effet, les robots mobiles peuvent évoluer dans des environnements très complexes et nécessitent de surcroît une coopération précise et sécurisée pouvant rapidement devenir inextricable. Ainsi, pour maîtriser cette complexité, le contrôleur dédié à la réalisation d’une tâche est décomposé en un ensemble de comportements/contrôleurs élémentaires (évitement d’obstacles et de collision entre les robots, attraction vers une cible, planification, etc.) qui lient les informations capteurs (provenant des capteurs locaux du robot, etc.) aux actionneurs des différentes entités robotiques. La tâche considérée dans cette thèse correspond à la navigation d’un groupe de robots mobiles dans des environnements peu ou pas connus en présence d’obstacles (statiques et dynamiques). La spécificité de l’approche théorique consiste à allier les avantages des architectures multi-contrôleurs à ceux des systèmes multi-agents et spécialement les modèles organisationnels afin d’apporter un haut niveau de coordination entre les agents/robots mobiles. Le groupe de robots mobiles est alors coordonné suivant les différentes normes et spécifications du modèle organisationnel. Ainsi, l’activation d’un comportement élémentaire en faveur d’un autre se fait en respectant les contraintes structurelles des robots en vue d’assurer le maximum de précision et de sécurité des mouvements coordonnés entre les différentes entités mobiles. La coopération se fait à travers un agent superviseur (centralisé) de façon à atteindre plus rapidement la destination désirée, les événements inattendus sont gérés quant à eux individuellement par les agents/robots mobiles de façon distribuée. L’élaboration du simulateur ROBOTOPIA nous a permis d’illustrer chacune des contributions de la thèse par un nombre important de simulationsThe difficulty of coordinating a group of mobile robots is adressed in this thesis by investigating control architectures which aim to break task complexity. In fact, multi-robot navigation may become rapidly inextricable, specifically if it is made in hazardous and dynamical environment requiring precise and secure cooperation. The considered task is the navigation of a group of mobile robots in unknown environments in presence of (static and dynamic) obstacles. To overcome its complexity, it is proposed to divide the overall task into a set of basic behaviors/controllers (obstacle avoidance, attraction to a dynamical target, planning, etc.). Applied control is chosen among these controllers according to sensors information (camera, local sensors, etc.). The specificity of the theoretical approach is to combine the benefits of multi-controller control architectures to those of multi-agent organizational models to provide a high level of coordination between mobile agents-robots systems. The group of mobile robots is then coordinated according to different norms and specifications of the organizational model. Thus, activating a basic behavior in favor of another is done in accordance with the structural constraints of the robots in order to ensure maximum safety and precision of the coordinated movements between robots. Cooperation takes place through a supervisor agent (centralized) to reach the desired destination faster ; unexpected events are individually managed by the mobile agents/robots in a distributed way. To guarantee performance criteria of the control architecture, hybrid systems tolerating the control of continuous systems in presence of discrete events are explored. In fact, this control allows coordinating (by discrete part) the different behaviors (continuous part) of the architecture. The development of ROBOTOPIA simulator allowed us to illustrate each contribution by many results of simulations
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Daoud, Slim. "Conception optimisée de lignes d'emballage et de conditionnement (maîtrise et fiabilité des méthodes)." Troyes, 2012. http://www.theses.fr/2012TROY0034.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur un problème d’optimisation des lignes d’assemblage robotisées de prise et dépose. Il s’agit d’affecter des composants à saisir et des points de dépose à chaque robot de la ligne et ceci en temps réel. De ce fait, nous nous sommes intéressés à améliorer les performances de ces lignes et d’assurer l’équilibrage de leurs charges en respectant les contraintes technologiques. Face à une forte contrainte qui consiste à proposer en temps réel la meilleure décision dans un intervalle de temps qui est de moins d’une seconde, les principales contributions de cette thèse se résument comme suit : dans un premier temps, nous avons présenté un outil de simulation afin d’évaluer les performances et de refléter le comportement de la ligne robotisée. Dans un second temps, nous avons essayé d’optimiser le fonctionnement de ces robots par l’intermédiaire des techniques basées sur la simulation et des problèmes d’équilibrage de lignes robotisées. L’ensemble des modèles et des méthodes développés (métaheuristiques et méthodes exactes) forme un outil d’aide à la décision qui répond efficacement au besoin industriel. Nous avons ainsi couplé cet outil avec des automates programmables afin de tester son efficacité sur des cas réels. Les résultats prouvent l’efficacité des méthodes développées en termes de temps d’exécution et de solutions trouvées. Ce système a abouti à une nouvelle technique de gestion des lignes robotisées en temps réel et a fait l’objet d’une innovation auprès de l’Institut National de Propriété IndustrielleThe work presented in this thesis deals with a pick and place robotic system design problem. It is a robotic system which consists of seizing products on a moving conveyor and placing them on deposit points. The problem consists of providing an optimization method which is able to manage the functioning of robotic systems in real time. Therefore, bounded by the execution time due to the requirements of our industrial partner, we have developed different optimization methods in order to enhance the efficiency and to balance the different tasks between the robots by defining the suitable tasks and components for each robot. The mains contributions of our researches are as follows: first, we have presented a simulation tool which is able to evaluate the performances and to reflect the behavior of the robotic system. Then, we tried to optimize the functioning of the robots via different methods like simulation based optimization and different methods used for robotic assembly line balancing. All models and methodologies (metaheuristics and exact methods) that have been developed are considered as decision aid system that responds efficiently to the industrial need. We have coupled this tool with PLC to test its effectiveness in real cases. Numerical results show that the different algorithms perform optimally in terms of execution times and quality of solutions. This system has resulted in a new management robotic technique in real time and is subject to French Envloppe Soleau from National Industrial Property Institute
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Frezza-Buet, Hervé. "Un modèle de cortex pour le comportement motivé d'un agent neuromimétique autonome." Nancy 1, 1999. http://www.theses.fr/1999NAN10246.
Full textAbstract:
Nous proposons une approche du problème de contrôle d'un agent autonome fondée sur une architecture connexionniste et inspirée de données biologiques concernant le cortex cérébral. L'ensemble du comportement du robot est géré par un réseau, dont les unités sont des automates complexes, modélisant les maxicolonnes corticales et effectuant des traitements plus élaborés que le neurone formel classique. Nous insistons sur la nécessité de modéliser le rôle de notions comme la motivation et la récompense dans l'élaboration du comportement du robot. Cette prise en compte suppose la capacité de construire des représentations au niveau du réseau qui soient utilisables par le robot pour tirer profit de son environnement. Ces représentations se fondent principalement sur la capacité d'apprendre des corrélations temporelles ainsi que sur la gestion de séquences perceptivo-motrices au niveau de l'architecture corticale. Cet apprentissage est non supervisé, il a lieu en permanence, et les relations apprises sont exploitées au fur et à mesure de leur élaboration au sein du réseau. [. . . ]
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Tessier, Cédric. "Système de localisation basé sur une stratégie de perception cognitive appliqué à la navigation autonome d'un robot mobile." Clermont-Ferrand 2, 2007. http://www.theses.fr/2007CLF21784.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne le guidage automatique de véhicule agricole en milieu ouvert. Les systèmes de navigation autonome présentés dans la littérature sont issus de la mise en commun d'un algorithme et d'un algorithme de commande. Malheureusement, la juxtaposition de ces deux modules ne permet pas de garantir la stabilité ni la justesse du guidage. Aussi, ce mémoire présente la réalisation d'un système de localisation dédié à la navigation autonome de robots. Les algorithmes développés reposent sur une approche radicalement différente des méthodes de localisation classiques. Le système intègre une statégie de perception cognitive qui pilote et sollicite les capteurs pour rechercher les informations dont il a besoin, quand il en a besoin. Les résultats, issus d'expérimentations réelles de suivi automatique de trajectoires ont montré la pertinence de notre approche pour le guidage en temps réel d'un véhicule tout-terrain évoluant à environ 12km/h
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Fantoni-Coichot, Isabelle. "Commande non linéaire des systèmes mécaniques sous-motorisés." Compiègne, 2000. http://www.theses.fr/2000COMP1301.
Full textAbstract:
Mes travaux présentent l'application d'algorithmes théoriques modernes non linéaires pour commander quelques classes importantes de systèmes mécaniques sous-actionnés, qui sont les systèmes ayant plus de degrés de liberté que d'actionneurs. L'obtention des modèles et le développement des différentes lois de commande sont décrits pour les systèmes suivants : le pendule inversé, le système du transport d'une grue, le système du pendubot, le pendule rotationnel de Furuta, le pendule actionné par une roue inertielle, le système constitué de plusieurs bras reliés par des ressorts sur un plan horizontal, le robot manipulateur planaire possédant deux joints prismatiques et un joint de révolution. Pour chaque système, le modèle est obtenu en utilisant le formalisme d'Euler-Lagrange. Puisque l'utilisation des techniques standard de commande non linéaire ne sont pas toujours applicables pour de tels systèmes, il a été montré qu'une approche basée sur l'énergie et sur les propriétés de passivité de chaque système pouvait être appliquée pour établir l'algorithme de commande et ainsi résoudre le problème de stabilisation. L'approche a été basée sur la théorie de Lyapunov et l'analyse de la stabilité a été étudiée pour chaque système pour prouver la convergence de l'algorithme vers un ensemble invariant désiré. Des simulations et des applications réelles ont illustré la performance des algorithmes sur plusieurs plates-formes expérimentales. Des algorithmes de contrôle ont également été établis pour deux véhicules sous-motorisés : l'aéroglisseur et l'avion à décollage et atterrissage vertical. Différentes stratégies de commande basées sur la théorie de Lyapunov ont été proposées pour arrêter simplement le système de l'aéroglisseur ou bien le stabiliser à un endroit précis. Pour le PVTOL, la construction d'une fonction de Lyapunov a été établie et a donné lieu à une nouvelle loi de commande basée sur la technique du forwarding.
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Girault, François. "L'environnement comme espace de cognition dans les systèmes multi-agents." Caen, 2002. http://www.theses.fr/2002CAEN2070.
Full textAbstract:
Le but de ce mémoire est de présenter un modèle d'agent hybride pour la conception d'agents situés dans un environnement fortement dynamique et bruité améliorant les approches hybrides classiques qui amènent à des difficultés de conception et d'implantation. Contrairement aux approches verticales classiques dans lesquelles l'agent est décomposé en couches superposées fonctionnant séquentiellement, un agent APA (Anticipation par Perception Augmentée) est conçu comme un système multi-agents dont l'environnement est la représentation du monde que l'agent se fait. Un agent APA est composé d'agents élémentaires ayant des points de vue différents sur la situation courante. Ces points de vue sont synthétisés dans la perception augmentée. Tout comme un système d'ILS (Instrument Landing System) permet à un pilote d'avion de se poser par temps de brouillard sans voir la piste, la perception augmentée consiste à ajouter à la perception naturelle des stimuli virtuels afin d'orienter le mécanisme délibératif global de l'agent. Avec ce principe, nous remplaçons le module de contrôle centralisé des architectures horizontales par un mécanisme de régulation. L'ajout de nouvelles compétences ou de nouveaux points de vue est facile car elle s'intègre dans l'architecture de base du système. Trois domaines ont conduit à la conception du modèle APA : les agents footballeurs dans le cadre de la RoboCup, le traitement de la syntaxe des langues naturelles et les robots physiques. L'étude de ces domaines à donné lieu à la réalisation d'une plateforme logicielle utilisée dans différentes applications spécifiques.
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Duchaine, Vincent. "Commande des robots destinés à interagir physiquement avec l'humain." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27224/27224.pdf.
Full text
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El, Rafei Maher. "Commande d'un robot Anguille." Phd thesis, Grenoble INPG, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00351003.
Full textAbstract:
Ce travail est réalisé dans le cadre de deux projets nationaux français "Robot Anguille" (ROBEA 2003-2006) et "RAAMO" (ANR 2007-2010). L'objectif de ces projets est la conception, la réalisation et la commande d'un robot anguille télé-opéré puis autonome capable de nager en 3 dimensions. La thèse porte sur la partie conception des lois de commande assurant la nage 3D du robot. Des schémas de commande sont proposés avec et sans utilisation de nageoires pectorales. Ces lois, contrôlant la nage du robot, ont été validées sur un modèle 3D complet développé dans le cadre du projet. Un environnement virtuel pour la simulation de la commande est développé, dans lequel un opérateur contrôle les mouvements 3D du modèle simulé à l'aide d'un "joystick". Un modèle réduit moyen, pouvant être utilisé dans un schéma de commande avancée, est identifié sur la base du modèle complet. Une approche de commande multi-variable sous contraintes est proposée sur la base du modèle réduit pour assurer aussi la nage 3D du robot. Le modèle réduit et la commande associée sont utilisés dans un schéma de commande de type prédictif pour assurer la navigation autonome du robot dans un environnement avec des obstacles dynamiques. Quelques expériences sont réalisées en boucle ouverte sur la moitié existante du prototype (6 vertèbres sur les 12 prévues).
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Shawky, Mohamed. "Architectures parallèles, vision et véhicules autonomes : étude et mise en oeuvre." Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMP0532.
Full textAbstract:
Les travaux de recherche consistent à étudier les différentes architectures parallèles, les mécanismes de synchronisation en temps réel, les opérateurs d'images câblés, en vue de la réalisation d'un système intégrant la vision trinoculaire et la fusion multicapteurs pour la commande d'un véhicule autonome.
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Soyez, Jean-Baptiste. "Conception et modélisation de systèmes de systèmes : une approche multi-agents multi-niveaux." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10184/document.
Full textAbstract:
La problématique générale de cette thèse, qui s'inscrit dans le contexte du projet européen InTraDE (Intelligent Transportation for Dynamic Environment), concerne la modélisation de systèmes de systèmes (SdS). Un SdS est un système composé d'une hiérarchie de systèmes autonomes présents à différents niveaux de représentation. Cette thèse répond au besoin d'outils de modélisation généralistes respectant les caractéristiques fondamentales des SdS, en proposant un formalisme multi-agents mullti-niveaux et les algorithmes qui assurent le respect de ces caractéristiques. L'utilisation d'un modèle multi-agents permet de profiter de l'autonomie naturelle des agents et l'aspect multi-niveaux de notre modèle permet aux entités modélisées de raisonner à propos de l'organisation hiérarchique du système en leur offrant la notion explicite de niveau. En plus de la modélisation des systèmes complexes, cette thèse aborde les problèmatique liées à leur simulation, en particulier, le fait que les ressources informatiques (mémoire et microprocesseur utilisés) nécessaires pour simuler avec précision de tels systèmes sont particulièrement importantes. Nous proposons ainsi une méthodologie pour tirer partie de la capacité des simulations multi-niveaux à produire un compromis entre la précision de la simulation et les ressources informatiques utiliséesThe main problematic of this thesis, which takes place in the context of the european project InTraDE (Intelligent Transportation for Dynamic Environment), deals with the modeling of systems of systems (SoS). A SoS is a system composed of a hierarchy of autonomous systems present in several representation levels. This thesis answers the need of generic modeling tools respecting the fundamental characteristics of SoS, proposing a multi-level multi-agent formalism and algorithms wich insure their respect. The use of a multi-agent model allows to take advantage of the natural autonomy of agents and the multi-level aspect of our model permits to modeled entities to reason about the organisational hierarchy of the system, carrying the explicit notion of level. Besides the modeling of complex systems, this thesis also deals with the problematic related to their simulations, particularly, the fact that computer resources (used memory and microchips) needed to simulate with precision such systems are truly important. We propose a methodology to benefit from the muli-level simulations capacity to produce compromise between the simulation precision and the used computer resources
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Courbon, Jonathan. "Navigation de Robots Mobiles par Mémoire Sensorielle." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00664837.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse présente un système complet de navigation pour un robot mobile fondé sur une représentation de l'environnement par une mémoire sensorielle. L'objectif de ces travaux est de faire se déplacer un robot d'un lieu à un autre le long de chemins parcourus lors d'une phase d'apprentissage. La structuration de la mémoire sensorielle, constituée de données clés acquises lors de cette phase initiale, est tout d'abord décrite. Nous proposons ensuite des lois de commande permettant le suivi d'une route sensorielle, c'est-à-dire une séquence d'images clés à atteindre successivement et permettant d'aller de l'image correspondant à la localisation initiale du robot à une image cible. Ces lois de commande, basées sur le formalisme de la commande référencée capteurs, prennent en compte les contraintes de déplacement des véhicules considérés: robots à roues non-holonomes et robots aériens de type quadrirotor. Dans le cadre de capteurs visuels omnidirectionels ou grand-angle, nous présentons une approche efficace pour la localisation initiale du robot ainsi que les outils permettant l'estimation de l'état du véhicule nécessaire pour alimenter les lois de commande proposées. Le système complet de navigation a été mis en oeuvre avec une attention particulière portée sur la conception du système de gestion de la mémoire sensorielle. Des applications sur plusieurs types de véhicules et avec des caméras grand-angle ont permis de valider notre approche.
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Gomez, Adrien. "Concevoir et animer pour l'acceptation de robots zoomorphiques." Thesis, Toulouse 2, 2018. http://dante.univ-tlse2.fr/id/eprint/9295.
Full textAbstract:
Le robot est une figure que l’on trouve régulièrement dans la fiction, sur différents médiums. Très souvent il est associé au mythe de Frankenstein, la créature qui se rebelle contre son créateur et menace l’humanité. Cette peur s’est peu à peu ancrée dans l’inconscient collectif, même si elle parait irraisonnée quand nous observons les véritables robots et leurs applications. Car ces machines se sont bien développées en dehors de la fiction. Pas forcément sous la même forme ou dans les mêmes buts. Mais l’apparition de ces êtres artificiels génères aussi des craintes. C’est pourquoi une branche de recherche s’est développée sous l’appellation acceptation.L’acceptation des robots est un des enjeux majeurs dans le développement de cette technologie au sein de notre société. Le développement des différents robots de services, ou de robots au travail, s’accentue. Les interactions et le partage de l’espace social avec les robots ne cessent d’augmenter. C’est pourquoi il est important de trouver des pistes pour l’intégration de ces machines se passent au mieux car il y a derrières des enjeux sociaux, économiques, et scientifiques. Une des pistes qui s’est développée est celle de l’utilisation des techniques du cinéma d’animation. Nous prolongeons ici cette piste pour l’appliquer à l’acceptation de robots zoomorphiques. Une catégorie de robot peu étudiés jusqu’à présent. Notre étude s’est consacrée à un cas particulier, un robot hexapode nommé R.HEX développé au L.I.R.M.M.Pour développer notre recherche, nous avons mis en place une enquête en utilisant la réalité virtuelle. Un nouveau moyen d’expression nécessitant l’apprentissage de nouveau codes de mise en scène et de narration, afin de restituer au mieux une expérience crédible. Cette expérience nous permis de comparer des mouvements d’animation et des mouvements calculés par simulateur, afin de déterminer comment utiliser au mieux les outils d’animationThe robot is a figure that is regularly found in fiction, on different media. Very often it is associated with the myth of Frankenstein, the creature that rebels against its creator and threatens humanity. This fear has gradually taken root in the collective unconscious, even if it seems irrational when we observe real robots and their applications. Because these machines have also been developed outside fiction. Not necessarily in the same form or for the same purposes. But the appearance of these artificial beings also generates fears. This is why a branch of research has been developed under the name acceptance.The acceptance of robots is one of the major goals in the development of this technology within our society. The development of different service robots, or co-worker robots, is increasing. The interaction and sharing of social space with robots continues to increase. This is why it is important to find ways to integrate these machines as well as possible. Because there are social, economic, and scientific issues behind them. One of the pathes that has been developed is the use of animations techniques. We extend this track here to apply it to the acceptance of zoomorphic robots. A category of robot little studied so far. Our study was devoted to a particular case, a hexapod robot, named R.HEX, developed at the Laboratory of Computer Science, Robotics and Microelectronics of Montpellier.To develop our research, we set up a survey using virtual reality. A new way of expression that also required the learning of new staging and narrative codes, in order to best reproduce a credible experience. This experience allowed us to compare animation movements and movements calculated by simulator, in order to determine how to better use animation tools
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Deremetz, Mathieu. "Contribution à la modélisation et à la commande de robots mobiles autonomes et adaptables en milieux naturels." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC079/document.
Full textAbstract:
Les problématiques de recherche abordées dans cette thèse concernent la conceptualisation, la modélisation et la commande générique des robots mobiles lors de leur évolution en milieux extérieurs et en présence de glissement pour des applications de suivi de précision. Ainsi, ce mémoire synthétise dans un premier temps les développements et résultats obtenus lors du suivi de trajectoire (localisation absolue), puis synthétise ensuite ceux obtenus lors de suivi de structure et de cible (localisation relative). Une dernière partie introduit un concept de plateforme robotique reconfigurable et sa commande associée pour adapter l’assiette et les dimensions du châssis en fonction de la topographie du terrain.Pour chaque application de suivi, ce mémoire présente un panel de lois de commande originales pour des robots différentiels, à un train et à deux trains directeurs. Chaque modalité de commande est présentée en quatre étapes : modélisation, estimation, commande et expérimentations. La première contribution majeure de la thèse concerne l’estimation du glissement. Cette dernière est adaptative et basée modèle. Elle intègre la modélisation cinématique étendue seule ou couplée à la modélisation dynamique du robot mobile pour assurer une estimation intègre quels que soient la vitesse, les phénomènes dynamiques rencontrés et la nature du sol. La seconde contribution majeure concerne le développement d’une stratégie de commande générique pour les robots mobiles. Cette stratégie est basée sur le principe de la commande en cascade (ou par backstepping) et est déclinée dans ce mémoire à travers un panel de lois de commande. Cette méthodologie de commande, lorsqu’elle est associée à l’observation du glissement précédent, permet d’obtenir des performances de suivi accrues quel que soit le contexte rencontré. L’ensemble des algorithmes ont été validés en simulation et/ou expérimentalement à l’aide de différentes plateformes robotiques en contextes réelsThis work is focused on the conceptualization, the modeling and the genericcontrol of mobile robots when moving in off-road contexts and facing slipperyterrains, especially for very accurate tracking and following applications. Thisthesis summarizes the proposed methods and the obtained results to addressthis research issue, first for path following applications (absolute localization)and then for edge and target tracking applications (relative localization). A finalsection of this thesis introduces an adaptive robotic concept and its associatedcontroller allowing the adaptation of the pose (position and orientation) of thechassis with respect to the environment topography.For each application, this thesis introduces a panel of innovative control algorithmsfor controlling skid-steering, two-wheel steering and four-wheel steeringmobile robots. Each algorithm of the panel is described, in this thesis, infour steps : modeling, estimation, control and experiments.The first main contribution of this thesis deals with the slippage estimation.The latter is adaptive and model-based. It also includes the extended kinematicmodeling only or together with the dynamic modeling of the mobile robot toensure a robust estimation of the slippage whatever the speed of the robot, encountereddynamic phenomena or even ground characteristics.The second main contribution deals with the design of a generic control approachfor mobile robots when path following and target tracking. The proposedstrategy is mostly based on a backstepping method and is illustrated inthis thesis via a panel of control laws. When combining this proposed controlapproach with the slippage estimation described above, significant improvedtracking and following performances are obtained (in term of stability, repeatability,accuracy and robustness) whatever the encountered context.All algorithms have been tested and validated through simulations and/orfull-scale experiments, indoor and off-road, with different mobile robots
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Khelfi, Mohamed Fayçal. "Observateurs non linéaires : application à la commande des robots manipulateurs." Nancy 1, 1995. http://www.theses.fr/1995NAN10364.
Full textAbstract:
Ce mémoire est consacré à la synthèse des observateurs non linéaires pour la reconstruction des vitesses articulaires des robots manipulateurs et leur introduction dans des boucles de commande. Dans une première partie, nous exposons quelques éléments sur la théorie de l'observation des systèmes non linéaires. Nous donnons des résultats sur la stabilisation exponentielle et asymptotique globale. La deuxième partie du mémoire est consacrée à des rappels sur le calcul des modèles dynamiques des robots manipulateurs en utilisant le formalisme de LaGrange. Les propriétés structurelles du modèle dynamique sont présentées. Dans la troisième partie du mémoire, nous appliquons des observateurs non linéaires et de type h-infini d'ordre plein aux robots manipulateurs. Nous portons notre attention sur l'emploi de ces observateurs dans des boucles de commande. Dans la quatrième partie de ce mémoire, nous proposons un observateur non linéaire exponentiel d'ordre réduit introduit dans une boucle de commande. Nous développons ensuite un observateur h-infini réduit asymptotique assurant une atténuation des perturbations externes. Puis, nous proposons une approche algébrique pour la synthèse d'un correcteur non linéaire h-infini d'ordre réduit par retour de sortie garantissant l'atténuation des perturbations. Des simulations sont réalisées avec le modèle d'un robot à 2 degrés de liberté
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Ho, Dinh Khanh. "Gestion des ressources et de l’énergie orientée qualité de service pour les systèmes robotiques mobiles autonomes." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4000.
Full textAbstract:
Les systèmes robotiques mobiles autonomes deviennent de plus en plus complexes avec l’intégration de composants de capteurs et d’actionneurs et de fonctionnalités avancées pour effectuer les missions réelles. Pour ces systèmes techniques, les exigences sont divisées en deux catégories : les exigences fonctionnelles et les exigences non-fonctionnelles. Alors que les exigences fonctionnelles représentent ce que le robot doit faire pour accomplir la mission, les exigences non-fonctionnelles représentent la façon dont le robot exécute la mission. Ainsi, la qualité de service et l’efficacité énergétique d’une mission robotique sont classées dans cette catégorie. L’autonomie de ces systèmes est pleinement atteinte lorsque les exigences fonctionnelles et non-fonctionnelles sont garanties sans aucune intervention humaine ni aucun contrôle externe. Cependant, ces systèmes mobiles sont naturellement confrontés à des contraintes de disponibilité des ressources et de capacité énergétique, notamment dans le cadre de mission à longue durée, ces contraintes deviennent plus critiques. De plus, la performance de ces systèmes est également influencée par des conditions environnementales inattendues et non structurées dans lesquelles ils interagissent. La gestion des ressources et de l’énergie en cours de mission est donc un défi pour les robots mobiles autonomes afin de garantir les objectifs de performance souhaités tout en respectant les contraintes. Dans ce contexte, la capacité du système robotique à prendre conscience de ses propres comportements internes et de son environnement physique et à s’adapter à ces circonstances dynamiques devient importante.Cette thèse porte sur la qualité de service et l’efficacité énergétique des systèmes robotiques mobiles et propose une gestion hiérarchique en cours d’exécution afin de garantir ces objectifs non-fonctionnels de chaque mission robotique. Au niveau de la gestion locale de chaque mission, un MISSION MANAGER utilise un mécanisme de prise de décision fondé sur l’apprentissage par renforcement pour reconfigurer automatiquement certains paramètres clés propres à la mission afin de minimiser le niveau de violation des objectifs de performance et des objectifs énergétiques requis. Au niveau de la gestion globale de l’ensemble du système, un MULTI-MISSION MANAGER s’appuie sur des règles de prise de décision et des techniques de raisonnement par cas pour suivre les ressources du système et les réponses des MISSION MANAGERs afin de décider de réallouer le budget énergétique, de régler la qualité du service et de déclencher l’apprentissage en ligne pour chaque mission robotique. La méthodologie proposée a été prototypée et validée avec succès dans un environnement de simulation et le cadre de gestion est également intégré dans notre système robotique mobile réel basé sur une base mobile de Pioneer-3DX équipée d’une plate-forme embarquée de NVIDIA Jetson XavierMobile robotic systems are becoming more and more complex with the integration of advanced sensing and acting components and functionalities to perform the real required missions. For these technical systems, the requirements are divided into two categories: functional and non-functional requirements. While functional requirements represent what the robot must do to accomplish the mission, non-functional requirements represent how the robot performs the mission. Thus, the quality of service and energy efficiency of a robotic mission are classified in this category. The autonomy of these systems is fully achieved when both functional and non-functional requirements are guaranteed without any human intervention or any external control. However, these mobile systems are naturally confronted with resource availability and energy capacity constraints, particularly in the context of long-term missions, these constraints become more critical. In addition, the performance of these systems is also influenced by unexpected and unstructured environmental conditions in which they interact. The management of resources and energy during operation is therefore a challenge for autonomous mobile robots in order to guarantee the desired performance objectives while respecting constraints. In this context, the ability of the robotic system to become aware of its own internal behaviors and physical environment and to adapt to these dynamic circumstances becomes important.This thesis focuses on the quality of service and energy efficiency of mobile robotic systems and proposes a hierarchical run-time management in order to guarantee these non-functional objectives of each robotic mission. At the local management level of each robotic mission, a Mission Manager employs a reinforcement learning-based decision-making mechanism to automatically reconfigure certain key mission-specific parameters to minimize the level of violation of required performance and energy objectives. At the global management level of the whole system, a Multi-Mission Manager leveraged rule-based decision-making and case-based reasoning techniques monitors the system's resources and the responses of Mission Managers in order to decide to reallocate the energy budget, regulate the quality of service and trigger the online learning for each robotic mission.The proposed methodology has been successfully prototyped and validated in a simulation environment and the run-time management framework is also integrated into our real mobile robotic system based on a Pioneer-3DX mobile base equipped with an embedded NVIDIA Jetson Xavier platform
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Abadi, Amine. "Contribution à la génération de trajectoires optimales pour les systèmes differentiellement plats application au cas d’un Quadri-rotor." Thesis, Orléans, 2020. http://www.theses.fr/2020ORLE3070.
Full textAbstract:
Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à la navigation autonome des systèmes robotiques et particulièrement pour les systèmes UAV, cas d’un quadri-rotor. Nous nous sommes focalisés sur les problèmes liés à la génération des trajectoires optimales et la conception des commandes robustes assurant la poursuite.Dans une première partie de la thèse, une nouvelle méthode de génération de trajectoires a été proposée. Cette méthode est basée sur la technique de collocation directe, la platitude différentielle et les courbes de Bézier. La platitude différentielle a été utilisée pour réduire le nombre de paramètres du problème d’optimisation. Les courbes de Bézier sont utilisées pour approximer les sorties plates. La méthode de collocation directe permet de transformer le problème d’optimisation infinie en un problème de programmation non linéaire de dimension finie. La méthodologie proposée permet de résoudre des problèmes complexes de calcul des trajectoires optimales d’une manière rapide, simple et efficace, puisque le nombre de paramètres sera réduit d’une façon considérable qui dépasse un taux de réduction de 60 %. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons proposé une commande robuste par platitude qui assure le suivi de la trajectoire proposée en présence d’incertitude paramétrique et de perturbation externe. En utilisant la platitude, le système non linéaire est transformé en un système linéaire commandable sous la forme de Brunovsky, pour lequel il est plus facile de trouver un bouclage de rétroaction. Pour tenir compte des incertitudes paramétriques et des perturbations externes affectant le système, nous avons proposé un algorithme qui utilise le mode glissant et le contrôle actif par rejet des perturbations. Les résultats de simulation ont prouvé que l’approche considérée permet d’éliminer l’effet des perturbations et de réduire l’effet de broutement tout en assurant le degré de robustesse demandé.Pour le cas des perturbations inconnues à variations significatives affectant aussi bien le système que les mesures, nous nous sommes intéressés dans la dernière partie de la thèse à développer une nouvelle commande par platitude basée sur l’observateur par intervalleIn this thesis, we are interested in the autonomous navigation of robotic systems, particularly quadrotor UAV systems. We have focused on the problems related to the generation of optimal trajectories and the design of robust control to ensure tracking.In the first part of the thesis, a new method for generating trajectories is proposed. This method is based on the direct-collocation technique, differential flatness and Bézier curves.Differential flatness is used to reduce the number of parameters of the optimization problem.Bézier curves are used to approximate the flat outputs. The direct-collocation method transforms the problem of infinite optimization into a problem of nonlinear programming with finite dimension. The suggested methodology allows solving complex problems of calculating optimal trajectories in a fast, simple and efficient way, because the number of parameters will be considerably decreased, exceeding a reduction rate of 60 %.In the second part of the thesis, we put forward robust control to parametric uncertainties and external disturbances. Using flatness, the nonlinear system is transformed into a linear Brunovsky canonical form, for which it is easier to create a state feedback controller. To consider the parametric uncertainties and the external disturbances affecting the system, we propose an algorithm which uses the sliding mode and active disturbance rejection control.The simulation results show that the considered approach permits eliminating the effect oftotal disturbances and reducing the effect of chattering while ensuring the required degree of robustness.For unknown disturbances with significant variations affecting both the system and the measurements,we are interested in the last part of the thesis in developing new flatness control based on an interval observer
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Abouzahir, Mohamed. "Algorithmes SLAM : Vers une implémentation embarquée." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS058/document.
Full textAbstract:
La navigation autonome est un axe de recherche principal dans le domaine de la robotique mobile. Dans ce contexte, le robot doit disposer des algorithmes qui lui permettent d’évoluer de manière autonome dans des environnements complexes et inconnus. Les algorithmes de SLAM permettent à un robot de cartographier son environnement tout en se localisant dans l’espace. Les algorithmes SLAM sont de plus en plus performants, mais aucune implémentation matérielle ou architecturale complète n’a eu. Une telle implantation d’architecture doit prendre en considération la consommation d’énergie, l’embarquabilité et la puissance de calcul. Ce travail scientifique vise à évaluer des systèmes embarqués impliquant de la localisation ou reconstruction de scène. La méthodologie adoptera une approche A3 (Adéquation Algorithme Architecture) pour améliorer l’efficacité de l’implantation des algorithmes plus particulièrement pour des systèmes à fortes contraintes. Le système SLAM embarqué doit disposer d’une architecture électronique et logicielle permettant d’assurer la production d’information pertinentes à partir de données capteurs, tout en assurant la localisation de l’embarquant dans son environnement. L’objectif est donc de définir, pour un algorithme choisi, un modèle d’architecture répondant aux contraintes de l’embarqué. Les premiers travaux de cette thèse ont consisté à explorer les différentes approches algorithmiques permettant la résolution du problème de SLAM. Une étude plus approfondie de ces algorithmes est réalisée. Ceci nous a permet d’évaluer quatre algorithmes de différente nature : FastSLAM2.0, ORB SLAM, RatSLAM et le SLAM linéaire. Ces algorithmes ont été ensuite évalués sur plusieurs architectures pour l’embarqué afin d’étudier leur portabilité sur des systèmes de faible consommation énergétique et de ressources limitées. La comparaison prend en compte les temps d’exécutions et la consistance des résultats. Après avoir analysé profondément les évaluations temporelles de chaque algorithme, le FastSLAM2.0 est finalement choisi, pour un compromis temps d’exécution-consistance de résultat de localisation, comme candidat pour une étude plus approfondie sur une architecture hétérogène embarquée. La second partie de cette thèse est consacré à l’étude d’un système embarqué implémentant le FastSLAM2.0 monoculaire dédié aux environnements larges. Une réécriture algorithmique du FastSLAM2.0 a été nécessaire afin de l’adapter au mieux aux contraintes imposées par les environnements de grande échelle. Dans une démarche A3, le FastSLAM2.0 a été implanté sur une architecture hétérogène CPU-GPU. Grâce à un partitionnement efficace, un facteur d’accélération global de l’ordre de 22 a été obtenu sur une architecture récente dédiée pour l’embarqué. La nature du traitement de l’algorithme FastSLAM2.0 pouvait bénéficier d’une architecture fortement parallèle. Une deuxième instance matérielle basée sur une architecture programmable FPGA est proposée. L’implantation a été réalisée en utilisant des outils de synthèse de haut-niveau afin de réduire le temps de développement. Une comparaison des résultats d’implantation sur cette architecture matérielle par rapport à des architectures à base de GPU a été réalisée. Les gains obtenus sont conséquent, même par rapport aux GPU haut-de-gamme avec un grand nombre de cœurs. Le système résultant peut cartographier des environnements larges tout en garantissant le compromis entre la consistance des résultats de localisation et le temps réel. L’utilisation de plusieurs calculateurs implique d’utiliser des moyens d’échanges de données entre ces derniers. Cela passe par des couplages forts. Ces travaux de thèse ont permis de mettre en avant l’intérêt des architectures hétérogènes parallèles pour le portage des algorithmes SLAM. Les architectures hétérogènes à base de FPGA peuvent particulièrement devenir des candidats potentiels pour porter des algorithmes complexes traitant des données massivesAutonomous navigation is a main axis of research in the field of mobile robotics. In this context, the robot must have an algorithm that allow the robot to move autonomously in a complex and unfamiliar environments. Mapping in advance by a human operator is a tedious and time consuming task. On the other hand, it is not always reliable, especially when the structure of the environment changes. SLAM algorithms allow a robot to map its environment while localizing it in the space.SLAM algorithms are becoming more efficient, but there is no full hardware or architectural implementation that has taken place . Such implantation of architecture must take into account the energy consumption, the embeddability and computing power. This scientific work aims to evaluate the embedded systems implementing locatization and scene reconstruction (SLAM). The methodology will adopt an approach AAM ( Algorithm Architecture Matching) to improve the efficiency of the implementation of algorithms especially for systems with high constaints. SLAM embedded system must have an electronic and software architecture to ensure the production of relevant data from sensor information, while ensuring the localization of the robot in its environment. Therefore, the objective is to define, for a chosen algorithm, an architecture model that meets the constraints of embedded systems. The first work of this thesis was to explore the different algorithmic approaches for solving the SLAM problem. Further study of these algorithms is performed. This allows us to evaluate four different kinds of algorithms: FastSLAM2.0, ORB SLAM, SLAM RatSLAM and linear. These algorithms were then evaluated on multiple architectures for embedded systems to study their portability on energy low consumption systems and limited resources. The comparison takes into account the time of execution and consistency of results. After having deeply analyzed the temporal evaluations for each algorithm, the FastSLAM2.0 was finally chosen for its compromise performance-consistency of localization result and execution time, as a candidate for further study on an embedded heterogeneous architecture. The second part of this thesis is devoted to the study of an embedded implementing of the monocular FastSLAM2.0 which is dedicated to large scale environments. An algorithmic modification of the FastSLAM2.0 was necessary in order to better adapt it to the constraints imposed by the largescale environments. The resulting system is designed around a parallel multi-core architecture. Using an algorithm architecture matching approach, the FastSLAM2.0 was implemeted on a heterogeneous CPU-GPU architecture. Uisng an effective algorithme partitioning, an overall acceleration factor o about 22 was obtained on a recent dedicated architecture for embedded systems. The nature of the execution of FastSLAM2.0 algorithm could benefit from a highly parallel architecture. A second instance hardware based on programmable FPGA architecture is proposed. The implantation was performed using high-level synthesis tools to reduce development time. A comparison of the results of implementation on the hardware architecture compared to GPU-based architectures was realized. The gains obtained are promising, even compared to a high-end GPU that currently have a large number of cores. The resulting system can map a large environments while maintainingthe balance between the consistency of the localization results and real time performance. Using multiple calculators involves the use of a means of data exchange between them. This requires strong coupling (communication bus and shared memory). This thesis work has put forward the interests of parallel heterogeneous architectures (multicore, GPU) for embedding the SLAM algorithms. The FPGA-based heterogeneous architectures can particularly become potential candidatesto bring complex algorithms dealing with massive data
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Bournat, Marjorie. "Graceful Degradation and Speculation for Robots in Highly Dynamic Environments." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS035.
Full textAbstract:
Les systèmes distribués sont des systèmes composés de plusieurs processus communiquants et coopérants ensemble pour résoudre des tâches communes. C’est un modèle générique pour de nombreux systèmes réels comme les réseaux sans fil ou mobiles, les systèmes multiprocesseurs à mémoire partagée, etc. D’un point de vue algorithmique, il est reconnu que de fortes hypothèses (comme l’asynchronisme ou la mobilité) sur de tels systèmes mènent souvent à des résultats d’impossibilité ou à de fortes bornes inférieures sur les complexités. Dans cette thèse, nous étudions des algorithmes qui s’auto-adaptent à leur environnement (i.e., l’union de toutes les hypothèses sur le système) en se concentrant sur les deux approches suivantes. La dégradation progressive contourne les résultats d’impossibilité en dégradant les propriétés offertes par l’algorithme lorsque l’environnement devient fort. La spéculation contourne les bornes inférieures élevées sur les complexités en optimisant l’algorithme seulement sur les environnements les plus probables. Les réseaux de robots représentent un cas particulier des systèmes distribués où les processus, dotés de capteurs, sont capables de bouger d’une localisation à une autre. Nous considérons des environnements dynamiques dans lesquels cette capacité peut évoluer avec le temps. Cette thèse répond positivement à la question ouverte de savoir s’il est possible et bénéfique d’appliquer les approches progressivement dégradante et spéculative aux réseaux de robots dans des environnements dynamiques. Cette réponse est obtenue en étudiant le rassemblement (où tous les robots doivent se retrouver à la même localisation en temps fini) progressivement dégradant et l’exploration perpétuelle (où les robots doivent visiter infiniment souvent chaque localisation) spéculativeDistributed systems are systems composed of multiple communicant processes cooperating to solve a common task. This is a generic model for numerous real systems as wired or mobile networks, shared-memory multiprocessor systems, and so on. From an algorithmic point of view, it is well-known that strong assumptions (as asynchronism or mobility) on such systems lead often to impossibility results or high lower bounds on complexity. In this thesis, we study algorithms that adapt themselves to their environment (i.e., the union of all assumptions on the system) by focusing on the two following approaches. Graceful degradation circumvents impossibility results by degrading the properties offered by the algorithm as the environment become stronger. Speculation allows to bypass high lower bounds on complexity by optimizing the algorithm only on more probable environments. Robot networks are a particular case of distributed systems where processes are endowed with sensors and able to move from a location to another. We consider dynamic environments in which this ability may evolve with time. This thesis answers positively to the open question whether it is possible and attractive to apply gracefully degrading and speculative approaches to robot networks in dynamic environments. This answer is obtained through contributions on gracefully degrading gathering (where all robots have to meet on the same location in finite time) and on speculative perpetual exploration (where robots must visit infinitely often each location)
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St-Onge, David. "Modélisation et commande d'un robot volant robuste." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28664/28664.pdf.
Full text
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Mostefaoui, Imene Meriem. "Analyse mathématique d’un système dynamique/réaction-diffusion modélisant la distribution des bactéries résistantes aux antibiotiques dans les rivières." Thesis, La Rochelle, 2014. http://www.theses.fr/2014LAROS020/document.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est l'étude qualitative de certains modèles de la dynamique et la distribution des bactéries dans une rivière. Il s'agit de la stabilité des états stationnaires et l'existence des solutions périodiques. Nous considérons, dans la première partie de la thèse, un système d'équations différentielles ordinaires qui modélise les interactions et la dynamique de quatre espèces de bactéries dans une rivière. Nous avons étudié le comportement asymptotique des états stationnaires. L'étude de la stabilité des états stationnaires est essentiellement faite par la construction d'une fonction de Lyapunov combinée avec le principe d'invariance de LaSalle. D'autre part, l'existence des solutions périodiques est démontrée en utilisant le théorème de continuation de Mawhin. La deuxième partie de la thèse est consacrée à l'étude d'un système de convection-diffusion non-autonome. Ce modèle tient compte du transport des bactéries. Nous étudions l'analyse qualitative des solutions, nous déterminons l'ensemble limite du système et nous démontrons l'existence des états stationnaires positifs. L'étude de l'existence des états stationnaires (les seuls qu'il soit possible d'obtenir) est basée sur le théorème de Leray-SchauderThe objective of this thesis is the qualitative study of some models of the dynamic and the distribution of bacteria in a river. We are interested in the stability of equilibria and the existence of periodic solutions. The thesis can be divided into two parts; the first part is concerned with a mathematical analysis of a system of differential equations modelling the dynamics and the interactions of four species of bacteria in a river. The asymptotic behavior of equilibria is established. The stability study of equilibrium states is mainly done by construction of Lyapunov functions combined with LaSalle's invariance principle. On the other hand, the existence of periodic solutions is proved under certain conditions using the continuation theorem of Mawhin. In the second part of this thesis, we propose a non-autonomous convection-reaction diffusion system with nonlinear reaction source functions. This model refers to the quantification and the distribution of antibiotic resistant bacteria (ARB) in a river. Our main contributions are : (i) the determination of the limit set of the system; it is shown that it is reduced to the solutions of the associated elliptic system; (ii) sufficient conditions for the existence of a positive solution of the associated elliptic system based on the Leray Schauder's degree theory
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Isfoula, Fayrouz. "Une approche du suivi de consensus pour les systèmes multi-agents." Thesis, Poitiers, 2019. http://www.theses.fr/2019POIT2303.
Full textAbstract:
Un système multi-agents est composé d’un ensemble d’agents interagissant entre eux et avec leur environnement, un agent étant vu comme un système dynamique autonome. La force des SMA repose sur la capacité des agents à coopérer entre eux pour atteindre un objectif qu’un agent seul ne pourrait atteindre. Chaque agent partage ses informations avec ses voisins, ce qui permet à l’ensemble des agents de s’accorder sur un objectif commun sans qu’il y ait pour autant une centralisation de l’information et de l’objectif. En ce sens, un système multi-agents peut être vu comme un réseau dans lequel l’information est distribuée. L’intérêt croissant pour le contrôle distribué et la coordination des réseaux constitués d’agents autonomes est motivé par l’absence de centralisation de l’information et la possibilité d’avoir une topologie du réseau variable. Les algorithmes de contrôle déployés sur ces réseaux sont de nature distribuée puisqu’ils s’appuient sur des informations locales, et sont robustes vis-à-vis des variations de topologie et de taille du réseau. Le problème le plus étudié dans le cadre de ces systèmes multi-agents est celui du consensus, qui peut être résumé ainsi : étant donné des conditions initiales pour chaque agent, quelles sont les conditions pour que les agents s’accordent asymptotiquement sur une valeur commune en n’échangeant que des informations entre agents voisins. Cette thèse traite du développement de commandes permettant d’atteindre ce consensus pour des topologies fixes et variables, en présence ou non d’un leader (suivi de consensus), et sur la qualité des informations transitant dans le réseau. En suivi de consensus, la notion de leader perceptif est développée et une commande est proposée pour une topologie fixe et variableAn agent is an autonomous dynamics system that can coordinate with the environment as well as with other agents. A group of these autonomous agents working in coordination is called a Multi-agent system (MAS). A MAS has several advantages over single agent operation. The main objective of MAS is to achieve a complex goal which is hard to achieve by a single agent. In MAS, each agent shares its information (states) to the neighbors only to complete the task hence no centralized monitoring systems is required. We can define a multi-agent system as a network in which information is distributed. The interest of researchers in the study of distributed control and distributed coordination of autonomous agent networks is motivated by the fact that it has the ability to cope with the problems associated with centralized communication network and also allow the switching network topologies.The algorithms for distributed networks only use local information, and are robust to variations of network topology and can accommodate network with large size.One of the most studied problems in the field of MAS is the consensus, which can be defined as: for any initial conditions for all agent, what are the conditions that should hold in order that the agents agree on a common value asymptotically while only information is exchanged between neighboring agents.This thesis deals with the development of control law to achieve the consensus for fixed and switching topologies, with or without a leader (consensus tracking). It also investigates the problem of the quality of information in the network. In consensus tracking, the notion of perceptive leader is developed and a control law is proposed for a fixed and switching topology
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Royer, Eric. "Cartographie 3D et localisation par vision monoculaire pour la navignation autonome d'un robot mobile." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00698908.
Full textAbstract:
Ce mémoire de thèse présente la réalisation d'un système de localisation pour un robot mobile fondé sur la vision monoculaire. L'objectif de ces travaux est de pouvoir faire naviguer un véhicule robotique sur parcours donné en milieu urbain. Le robot est d'abord conduit manuellement. Pendant cette phase d'apprentissage, la caméra embarquée enregistre une séquence vidéo. Après un traitement approprié hors ligne, une image prise avec le même matériel permet de localiser le robot en temps réel. Cette localisation peut être utilisée pour commander le robot et faire en sorte qu'il suive de façon autonome le même parcours que durant la phase d'apprentissage. Le principe retenu consiste à construire une carte tridimensionnelle de la zone parcourue pendant la phase d'apprentissage, puis à se servir de la carte pour se localiser. Une grande partie de ce mémoire est consacré à l'étude des performances du système
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Maghenem, Mohamed Adlene. "Stability and Stabilization of Networked Systems." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS186/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, des méthodes dites de Lyapunov sont proposées afin de résoudre des problèmes liés à la coordination distribuée des systèmes multiagent, plus précisément, un groupe de systèmes (agents) non-linéaires formés de robots mobiles non-holonomes est considéré. Pour ce groupe de systèmes, des lois de commande distribuée sont proposées dans le but de résoudre des problèmes de type leader-suiveur en formation et aussi des problèmes de type formation sans-leader par une approche de consensus, sous différentes hypothèses sur le graphe de communication et surtout sur les vitesses du leader.L'originalité de ce travail est dans l'approche proposée pour l'étude de stabilité de la boucle fermée, cette approche consiste à transformer les deux derniers problèmes en des problèmes de stabilisation globale asymptotique d'un ensemble invariant. L’analyse de stabilité est basée sur la construction de fonction de Lyapunov et de fonction de Lyapunov-Karasovskii strictes pour des classes de systèmes non-linéaires variant dans le temps présentant des retards bornés et variant dans le tempsIn this thesis, we propose a Lyapunov based approaches to address some distributedsolutions to multi-agent coordination problems, more precisely, we consider a groupof agents modeled as nonholonomic mobile robots, we provide a distributed controllaws in order to solve the leader-follower and the leaderless consensus problems under different assumptions on the communication graph topology and on the leader’strajectories. The originality of this work relies on the closed-loop analysis approach, that is, it consists on transforming the last two problems into a global stabilization problem of an invariant set. The stability analysis is mainly based on the construction of strict Lyapunov functions and strict Lyapunov-Krasovskii functionals for a classes of nonlinear time-varying and/or delayed systems
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Spaenlehauer, Ariane. "Decentralized monocular-inertial multi-UAV SLAM system." Thesis, Compiègne, 2019. http://www.theses.fr/2019COMP2494.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous proposons un algorithme pour la localisation d’une flotte de UAVs autonomes dans le cadre de l’architecture des Systèmes-de-Systèmes. En particulier, notre objectif est que les UAVs autonomes puissent se localiser et générer une carte d’un environnement inconnu en utilisant le moins possible de capteurs embarqués sur chaque UAV : une caméra monoculaire dirigée vers l’avant et une centrale inertielle. Cette problématique est cruciale pour des applications telles que l’exploration de zones inconnues ou de missions de sauvetage et de reconnaissance. Les choix de conception algorithmique sont motivés par une étude de l’état de l’art dans les domaines des systèmes multi-robots réalisant de la localisation, de la cartographie, de la navigation et/ou de l’exploration, ainsi que des approches de SLAM visuel, monoculaire, temps réel et monoculaire-inertiel. Le traitement des mesures en vision monoculaire, par nature, n’est pas capable d’estimer des distances métriques à cause de la perte d’information sur la profondeur lors de la projection de l’environnement sur le plan image. Bien que cela ne représente pas un problème majeur pour la plupart des systèmes simple-robot, l’obtention de distances métriques est nécessaire pour permettre la collaboration inter-robots. De plus, lorsque les problématiques de contrôle, de navigation et d’exploration sont ajoutées au problème initial, les distances métriques deviennent d’autant plus importantes. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle approche pour estimer des distances métriques pour un système mobile embarquant seulement une caméra monoculaire et une centrale inertielle via une fusion lâche des mesures.Ce travail de recherche explore également la conception d’un système de localisation pour une flotte de UAVs soumise à des hypothèses minimales : pas de connaissance a priori sur les poses initiales et terminales, pas de connaissance sur l’environnement et pas de mesures absolues ou extérieures aux robots. De plus, notre système est capable de gérer des trajectoires agressives, des changements de vitesse et de cap abrupts ainsi que des mesures bruitées telles que des images floues. Dans les systèmes multi-robots, la gestion des repères est critique et nécessite une attention particulière. La plupart des travaux simplifie ce problème dans un premier temps, en représentant l’ensemble des repères par rapport à un repère « monde » arbitraire. Toutefois, ce genre d’hypothèse nécessite soit des mesures de capteurs que nous n’utilisons pas dans notre système car externes aux robots, soit une connaissance a priori sur l’environnement ou les conditions expérimentales que nous n’avons pas. Dans notre système, chaque robot évolue dans son propre repère, l’ensemble des relations entre les repères nécessaires à la collaboration inter-robots est estimé par notre algorithme. De ce fait, nous pouvons nous abstraire de système de positionnement absolu tel que le GPS. Dans ce but, nous proposons une généralisation du concept de fermeture de boucle bien connu dans le SLAM traditionnel (simple-robot) aux systèmes de SLAM multi-robots. Dans le cadre de cette généralisation, nous mettons en exergue les nouveaux phénomènes induits et leurs conséquences. Cela est démontré expérimentalement, et mis en correspondance avec un système simple-robot. De plus, nous présentons les résultats expérimentaux obtenus dans la recherche de l’amélioration de la localisation en intégrant les nouvelles contraintes de fermeture de boucleIn this thesis, we provide a scheme for localization of a fleet of autonomous UAVs (unmanned autonomous vehicles) within a Technological System-of-Systems architecture. Specifically, we aim for a fleet of autonomous UAVs to localize themselves and to obtain a map of an unknown environment using a minimal set of sensors on each UAV: A front monocular camera and an Inertial Measurement Unit. This is a critically important problem for applications such as exploration of unknown areas, or search and rescue missions. The choices for designing such a system are supported by an extensive study of the scientific literature on two broad fronts: First, about the multi-robot systems performing localization, mapping, navigation and exploration, and second, about the monocular, real-time and inertial-monocular SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) algorithms. Processing monocular camera frames suffers the drawback of lacking the capability of providing metric estimates as the depth dimension is lost when the frames are photographed by the camera. Although, it is usually not a critical problem for single-robot systems, having accurate metric estimates is required for multi-robot systems. This requirement becomes critical if the system is designed for control, navigation and exploration purposes. In this thesis, we provide a novel approach to make the outputs of monocular SLAM algorithms metric through a loosely-coupled fusion scheme by using the inertial measurements. This work also explores a design for a fleet of UAVs to localize each robot with minimal requirements: No a priori knowledge about the environment, information about neither the position nor the moment in time the UAV takes off and land is required. Moreover, the system presented in the thesis handles aggressive UAV trajectories having dramatic changes in speed and altitude. In multi-robot systems, the question of the coordinate frames require more attention than in single robot systems. In many studies, the coordinate frame problem is simplified to the representation of the fleet and the expression of the measurements in a global coordinate frame. However, this kind of hypothesis implies either the use of additional sensors to be able to measure the transformations to the global coordinate frame or additional experimental constraints, for example about the starting position of the robots. Our system does not require absolute measurements like GNSS positioning or knowledge about the coordinate frame of each UAV. As each UAV of the fleet estimates its location and produces a map in its own coordinate frame, relations between those coordinate frames are found by our scheme. For that purpose, we extend the well known concept of loop-closures in single-robot SLAM approaches, to multi-robot systems. In this research work, we also provide an overview of the new effects due to the extended definition of loop-closures we provide in comparison with the loop-closures scheme that can be found in single robot SLAM algorithms. In addition to the coordinate frame problem, we provide experimental results about the possibilities for improving the location estimate of a fleet by considering the places visited by several UAVs. By searching for similar places using each UAV imagery, using the 2-D information encapsulated in the images of the same sceneryfrom different view points, and the 3-D map locally estimated by each UAV, we add new constraints to the SLAM problem that is the main scheme that can be used to improve the UAV location estimates. We included experiments to assess the accuracy of the inter-UAV location estimation. The system was tested using datasets with measurements recorded on board UAVs in similar conditions as the ones we target
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Abci, Boussad. "Approche informationnelle pour la navigation autonome tolérante aux défauts : application aux systèmes robotiques mobiles." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I073.
Full textAbstract:
La navigation autonome des systèmes robotiques mobiles a suscité un grand intérêt dans la communauté scientifique ces dernières années. Cela est principalement dû à la diversité de ses secteurs d’applications et les différents challenges qu'elle représente. En raison de l'absence d'une intervention humaine, la navigation autonome doit être sûre, fiable et précise. Néanmoins, elle peut être sujet à différentes dégradations qui peuvent compromettre son objectif. En effet, les perturbations externes, tout comme les défauts capteurs et actionneurs, affectent les différents aspects de la navigation autonome que sont la localisation, la planification et le suivi de trajectoire. C'est pourquoi nous consacrons cette thèse à l'étude et à la conception de nouveaux algorithmes qui contribuent à rendre le système de navigation robuste et tolérant aux défauts. Nous avons fait le choix d'utiliser des algorithmes de diagnostic de défauts capteurs et actionneurs à base de résidus, et une commande robuste par modes glissants permettant d'assurer une tolérance passive contre une classe plus large de perturbations externes, qui ne sont pas forcément bornées d'une manière uniforme. La couche de diagnostic proposée est purement informationnelle. Elle se base sur l'utilisation de deux filtres informationnels avec différents modèles d'évolution, et les divergences de Bhattacharyya et de Kullback-Leibler pour la conception des résidus. Ces résidus sont évalués via des méthodes statistiques pour permettre la détection, la localisation et l'exclusion de défauts capteurs et actionneurs. L'approche proposée est appliquée sur des systèmes robotiques mobiles à roues avec entraînement différentiel. Les résultats expérimentaux obtenus sur la plate-forme robotique PRETIL de CRIStAL sont présentés et discutésOver the last years, autonomous navigation for mobile robot systems has known an increasing interest from the scientific community. This is mainly due to the diversity of its applications and the different challenges that it represents. Without any human intervention, autonomous navigation must be safe, reliable and accurate. Nevertheless, it may be subject to various degradations that could compromise its objective. Indeed, external disturbances, as well as sensor and actuator faults, may affect the different aspects of autonomous navigation, which are localization, path planning and trajectory tracking. This is why we are devoting this thesis to the design of new algorithms that contribute to make the navigation system robust against external disturbances and tolerant to sensor and actuator fauts. We have adopted a residual generation based fault-diagnosis strategy combined with a robust sliding mode controller that is robust against a certain class of perturbations that are not necessary uniformly bounded. The proposed diagnostic layer is purely informational. It is based on the use of two information filters with different evolution models, and the divergences of Bhattacharyya and Kullback-Leibler for residual design. These residuals are evaluated using statistical methods, in order to detect, isolate then exclude sensor and actuator faults from the navigation system. The proposed approach is applied to different differential drive mobile-robot systems. Experimental results obtained by using the CRIStAL robotic platform, so-called PRETIL, are presented and discussed
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Bernardes, Vitor Giovani. "Urban environment perception and navigation using robotic vision : conception and implementation applied to automous vehicle." Thesis, Compiègne, 2014. http://www.theses.fr/2014COMP2155/document.
Full textAbstract:
Le développement de véhicules autonomes capables de se déplacer sur les routes urbaines peuvent fournir des avantages importants en matière de réduction des accidents, en augmentant le confort et aussi, permettant des réductions de coûts. Les véhicules Intelligents par exemple fondent souvent leurs décisions sur les observations obtenues à partir de différents capteurs tels que les LIDAR, les GPS et les Caméras. En fait, les capteurs de la caméra ont reçu grande attention en raison du fait de qu’ils ne sont pas cher, facile à utiliser et fournissent des données avec de riches informations. Les environnements urbains représentent des scénarios intéressant mais aussi très difficile dans ce contexte, où le tracé de la route peut être très complexe,la présence d’objets tels que des arbres, des vélos, des voitures peuvent générer des observations partielles et aussi ces observations sont souvent bruyants ou même manquant en raison de occlusions complètes. Donc, le processus de perception par nature doit être capable de traiter des incertitudes dans la connaissance du monde autour de la voiture. Tandis que la navigation routière et la conduite autonome en utilisant une connaissance préalable de l’environnement ont démontré avec succès, la compréhension et la navigation des scénarios généraux du environnement urbain avec peu de connaissances reste un problème non résolu. Dans cette thèse, on analyse ce problème de perception pour la conduite dans les milieux urbains basée sur la connaissance de l’environnement pour aussi prendre des décisions dans la navigation autonome. Il est conçu un système de perception robotique, qui permettre aux voitures de se conduire sur les routes, sans la nécessité d’adapter l’infrastructure, sans exiger l’apprentissage précédente de l’environnement, et en tenant en compte la présence d’objets dynamiques tels que les voitures.On propose un nouveau procédé basé sur l’apprentissage par la machine pour extraire le contexte sémantique en utilisant une paire d’images stéréo qui est fusionnée dans une grille d’occupation évidentielle pour modéliser les incertitudes d’un environnement urbain inconnu,en utilisant la théorie de Dempster-Shafer. Pour prendre des décisions dans la planification des chemins, il est appliqué l’approche de tentacule virtuel pour générer les possibles chemins à partir du centre de référence de la voiture et sur cette base, deux nouvelles stratégies sont proposées. Première, une nouvelle stratégie pour sélectionner le chemin correct pour mieux éviter les obstacles et de suivre la tâche locale dans le contexte de la navigation hybride, et seconde, un nouveau contrôle en boucle fermée basé sur l’odométrie visuelle et tentacule virtuel est modélisée pour l’exécution du suivi de chemin. Finalement, un système complet automobile intégrant les modules de perception, de planification et de contrôle sont mis en place et validé expérimentalement dans des situations réelles en utilisant une voiture autonome expérimentale, où les résultats montrent que l’approche développée effectue avec succès une navigation locale fiable basée sur des capteurs de la caméraThe development of autonomous vehicles capable of getting around on urban roads can provide important benefits in reducing accidents, in increasing life comfort and also in providing cost savings. Intelligent vehicles for example often base their decisions on observations obtained from various sensors such as LIDAR, GPS and Cameras. Actually, camera sensors have been receiving large attention due to they are cheap, easy to employ and provide rich data information. Inner-city environments represent an interesting but also very challenging scenario in this context,where the road layout may be very complex, the presence of objects such as trees, bicycles,cars might generate partial observations and also these observations are often noisy or even missing due to heavy occlusions. Thus, perception process by nature needs to be able to dea lwith uncertainties in the knowledge of the world around the car. While highway navigation and autonomous driving using a prior knowledge of the environment have been demonstrating successfully,understanding and navigating general inner-city scenarios with little prior knowledge remains an unsolved problem. In this thesis, this perception problem is analyzed for driving in the inner-city environments associated with the capacity to perform a safe displacement basedon decision-making process in autonomous navigation. It is designed a perception system that allows robotic-cars to drive autonomously on roads, with out the need to adapt the infrastructure,without requiring previous knowledge of the environment and considering the presenceof dynamic objects such as cars. It is proposed a novel method based on machine learning to extract the semantic context using a pair of stereo images, which is merged in an evidential grid to model the uncertainties of an unknown urban environment, applying the Dempster-Shafer theory. To make decisions in path-planning, it is applied the virtual tentacle approach to generate possible paths starting from ego-referenced car and based on it, two news strategies are proposed. First one, a new strategy to select the correct path to better avoid obstacles and tofollow the local task in the context of hybrid navigation, and second, a new closed loop control based on visual odometry and virtual tentacle is modeled to path-following execution. Finally, a complete automotive system integrating the perception, path-planning and control modules are implemented and experimentally validated in real situations using an experimental autonomous car, where the results show that the developed approach successfully performs a safe local navigation based on camera sensors
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Guo, Yan. "Perception multimodale pour un robot mobile en milieu marin." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00637552.
Full textAbstract:
Dans le domaine de la robotique, les véhicules autonomes de surface en milieu marin jouent un rôle important. Ils permettent de réaliser des opérations dangereuses, comme la surveillance d'environnements marins ou encore des relevés hydrographiques. Avant d'envisager le déplacement d'un véhicule autonome de surface, il est nécessaire d'assurer sa perception de l'environnement. Elle consiste à observer, localiser et éviter les obstacles. A cause des contraintes technologiques, la complexité de l'environnement naturel, et de la diversité des situations rencontrées, il est difficile d'effectuer une plate-forme parfaitement autonome et adaptée à des applications variées. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ASAROME (Autonomous SAiling Robot for Oceanographic MEasurements), un projet de réalisation d'un voilier autonome pour des missions de mesures et d'observations de longues durées. Dans un premier temps, nous avons conçu une plate-forme de perception composée de plusieurs types de capteurs : hydrophones, caméra panoramique, centrale inertielle et sonar. A partir des signaux acquis pendant des campagnes de test, nous avons développé des méthodes de traitement du signal. Elles consistent à analyser et traiter des signaux sonores sous-marins et des images panoramiques pour la reconnaissance d'objets, la détection et la localisation d'obstacles. Pour améliorer la perception des obstacles, des méthodes de fusion de données multi-capteurs ont été développées. L'ensemble des algorithmes ont été validés expérimentalement, en lac puis en mer. Ce travail n'est que le premier pas vers la réalisation d'un robot autonome en milieu marin capable de réaliser des missions complexes de longue durée, mais il montre sa faisabilité par le développement de capacités de perception adaptées.
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Yazbeck, Jano. "Accrochage immatériel sûr et précis de véhicules automatiques." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0070/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème du suivi en convoi, désigné en anglais par le terme platooning, où un train de robots essaie de suivre un chemin décrit par le leader. Ce chemin, n'étant pas prédéfini mais généré au cours du suivi, est inconnu de tous les robots suiveurs. Dans ce travail, nous choisissons une approche décentralisée locale où chaque robot du convoi observe son voisinage et calcule son contrôle de façon à avoir un suivi stable (absence d'oscillations) et précis (erreur latérale aussi faible que possible). Cette thèse étudie plus précisément le comportement latéral d'un robot du convoi et propose deux contrôleurs s'appuyant sur la mémorisation du chemin suivi par son prédécesseur. Un premier algorithme de contrôle Memo-LAT (Memorization and Look-Ahead Target) calcule une commande latérale continue en utilisant une loi de contrôle analytique. La stabilité de Memo-LAT n'étant pas toujours garantie, nous proposons l'algorithme de contrôle NOC (Non-Oscillatory Convergence) qui prend en compte la courbure du chemin à suivre dans le calcul du comportement latéral. NOC combine une approche géométrique avec une recherche heuristique pour calculer une commande discrète permettant au robot de suivre avec précision le chemin de son prédécesseur sans oscillationThis thesis deals with the platooning problem which aims to concieve a control algorithm allowing a convoy of vehicles to follow their leader's path. This path, which is initially undefined and unknown to all the following robots, is generated as the leader moves. In this thesis, we choose a local decentralized approach in which each robot of the platoon uses its local perceptions to compute its own commands aiming to achieve a stable (no oscillations) and precise (with a lateral error as small as possible) platooning. More precisely, this thesis studies the lateral behavior of a platoon's robot and introduces two controllers based on the memorization of the robot's predecessor's path. The first algorithm, Memo-LAT (Memorization and Look-Ahead Target), computes a continuous lateral command using an analytic control law. As the stability of Memo-LAT is not always guaranteed, we present NOC (Non-Oscillatory Convergence), a control algorithm which takes into account the path's curvature in the robot's lateral behavior's computation. NOC combines a geometric approach to a heuristic search method to compute a discrete command allowing the robot to follow precisely and without oscillations its predecessor's path
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Hireche, Chabha. "Etude et implémentation sur SoC-FPGA d'une méthode probabiliste pour le contrôle de mission de véhicule autonome Embedded context aware diagnosis for a UAV SoC platform, in Microprocessors and Microsystems 51, June 2017 Context/Resource-Aware Mission Planning Based on BNs and Concurrent MDPs for Autonomous UAVs, in MDPI-Sensors Journal, December 2018." Thesis, Brest, 2019. http://www.theses.fr/2019BRES0067.
Full textAbstract:
Les systèmes autonomes embarquent différents types de capteurs, d’applications et de calculateurs puissants. Ils sont donc utilisés dans différents domaines d’application et réalisent diverses missions simples ou complexes. Ces missions se déroulent souvent dans des environnements non déterministes avec la présence d’évènements aléatoires pouvant perturber le déroulement de la mission. Il est donc nécessaire d’évaluer régulièrement l’état de santé du système et de ses composants matériels et logiciels dans le but de détecter les défaillances à l’aide de réseaux Bayésiens. Par la suite, une décision est prise par le planificateur de mission en générant un nouveau plan de mission assurant la continuité de la mission en réponse à l’événement détecté. Cette décision est prise à l’aide du modèle Markov Decision Process en fonction de contraintes telles que l’objectif de la mission, l’état de santé des capteurs et des applications embarqués, la stratégie de réalisation de la mission ‘stratégie safety’ ou ‘stratégie mission first’, etc. Comme les systèmes autonomes exécutent différentes tâches qui demandent différentes performances, il est nécessaire de penser à l’utilisation d’accélérateurs matériels sur SoC-FPGA dans le but de répondre aux contraintes de calculs hautes performances et décharger le CPU si besoinAutonomous systems embed different types of sensors, applications and powerful calculators. Thus, they are used in different fields of application and perform various simple or complex tasks. Generally, these missions are executed in nondeterministic environments with the presence of random events that can affect the mission's progress. Therefore, it is necessary to regularly assess the health of the system and its hardware and software components in order to detect failures using Bayesian Networks.Subsequently, a decision is made by the mission planner by generating a new mission plan that ensures the mission in response to the detected event. This decision is made using the Markov Decision Process model based on constraints such as the mission objective, the health status of sensors and embedded applications, the mission policy "safety policy" or "mission first policy", etc. As autonomous systems perform different tasks that require different performance, it is necessary to consider the use of hardware accelerators on SoC-FPGA in order to meet high-performance computing constraints and unload the CPU if needed
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Khannoussi, Arwa. "Intégration des préférences d'un opérateur dans les décisions d'un drone autonome et élicitation incrémentale de ces préférences." Thesis, Brest, 2019. http://www.theses.fr/2019BRES0080.
Full textAbstract:
Un drone totalement autonome est un aéronef sans pilote humain à bord. Il est donc capable d'accomplir une mission sans l'intervention d'un opérateur humain et de prendre des décisions de façon totalement autonome. Cela sous-entend que l'opérateur au sol doit avoir une confiance élevée dans les décisions prises par le drone. L'objectif principal de cette thèse est donc de proposer un moteur de décisions à embarquer dans le drone autonome qui garantit un niveau de confiance élevé de l'opérateur dans la capacité du drone à prendre les "bonnes" décisions. Pour cela nous proposons un moteur de décisions multi-niveaux composé de deux niveaux de décisions principaux. Le premier permet de surveiller l'état du drone et de son environnement pour détecter les événements qui peuvent perturber la réalisation de la mission et déclencher la prise de décision du second niveau. Celui-ci une fois déclenché permet de choisir une action de haut niveau (atterrir, continuer, ...) la mieux adaptée à la situation courante parmi un ensemble d'actions possibles. Ce moteur intègre aussi les préférences d'un opérateur en utilisant des modèles d'Aide Multi-Critère à la Décision. Ces modèles nécessitent une phase en amont de la mission, où les préférences de l'opérateur sont élicitées, avant d'être intégrées dans le drone. Pour réduire l'effort cognitif de l'opérateur pendant cette phase, nous proposons un processus d'élicitation incrémental pendant lequel les questions soumises à l'opérateur sont déduites des réponses précédentes. Cela nous permet de déterminer un modèle représentant fidèlement ses préférences, tout en minimisant le nombre de questionsA fully autonomous unmanned aerial vehicle (UAV) is an aircraft without a human pilot on board. It is consequently able to accomplish a mission without the intervention of a human operator and to make decisions in a totally autonomous way. This implies that the ground operator must have a high level of confidence in the decisions made by the UAV.The main objective of this thesis is therefore to propose a decision engine to be embedded in the autonomous UAV that guarantees a high level of operator confidence in the UAV's ability to make the "right" decisions. For this purpose, we propose a multi-level decision engine composed of two main decision levels. The first one monitors the state of the UAV and its environment to detect events that can disrupt the mission’s execution and trigger the second level. Once triggered, it allows to choose a highlevel action (landing, continuing,...) best adapted to the current situation from a set of possible actions. This engine also integrates the operator's preferences by using Multi-Criteria Decision Aiding models. They require a preliminary phase before the mission, where the operator's preferences are elicited, before being integrated into the UAV. To reduce the operator's effort during this phase, we propose an incremental elicitation process during which the questions submitted to the operator are deduced from the previous answers. This allows us to determine a model that accurately represents his or her preferences, while minimizing the number of questions
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Fernández, Pérez Iñaki. "Distributed Embodied Evolutionary Adaptation of Behaviors in Swarms of Robotic Agents." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0300/document.
Full textAbstract:
Les essaims de robots sont des systèmes composés d’un grand nombre de robots relativement simples. Du fait du grand nombre d’unités, ces systèmes ont de bonnes propriétés de robustesse et de passage à l’échelle. Néanmoins, il reste en général difficile de concevoir manuellement des contrôleurs pour les essaims de robots, à cause de la grande complexité des interactions inter-robot. Par conséquent, les approches automatisées pour l’apprentissage de comportements d’essaims de robots constituent une alternative attrayante. Dans cette thèse, nous étudions l’adaptation de comportements d’essaim de robots avec des méthodes de Embodied Evolutionary Robotics (EER) distribuée. Ainsi, nous fournissons trois contributions principales : (1) Nous étudions l’influence de la pression à la sélection dirigée vers une tâche dans un essaim d’agents robotiques qui utilisent une approche d’EER distribuée. Nous évaluons l’impact de différents opérateurs de sélection dans un algorithme d’EER distribuée pour un essaim de robots. Nos résultats montrent que le plus forte la pression à la sélection est, les meilleures performances sont atteintes lorsque les robots doivent s’adapter à des tâches particulières. (2) Nous étudions l’évolution de comportements collaboratifs pour une tâche de récolte d’objets dans un essaim d’agents robotiques qui utilisent une approche d’EER distribuée. Nous réalisons un ensemble d’expériences où un essaim de robots s’adapte à une tâche collaborative avec un algorithme d’EER distribuée. Nos résultats montrent que l’essaim s’adapte à résoudre la tâche, et nous identifions des limitations concernant le choix d’action. (3) Nous proposons et validons expérimentalement un mécanisme complètement distribué pour adapter la structure des neurocontrôleurs des robots dans un essaim qui utilise une approche d’EER distribuée, ce qui permettrait aux neurocontrôleurs d’augmenter leur expressivité. Nos expériences montrent que notre mécanisme, qui est complètement décentralisé, fournit des résultats similaires à un mécanisme qui dépend d’une information globaleRobot swarms are systems composed of a large number of rather simple robots. Due to the large number of units, these systems, have good properties concerning robustness and scalability, among others. However, it remains generally difficult to design controllers for such robotic systems, particularly due to the complexity of inter-robot interactions. Consequently, automatic approaches to synthesize behavior in robot swarms are a compelling alternative. In this thesis, we focus on online behavior adaptation in a swarm of robots using distributed Embodied Evolutionary Robotics (EER) methods. To this end, we provide three main contributions: (1) We investigate the influence of task-driven selection pressure in a swarm of robotic agents using a distributed EER approach. We evaluate the impact of a range of selection pressure strength on the performance of a distributed EER algorithm. The results show that the stronger the task-driven selection pressure, the better the performances obtained when addressing given tasks. (2) We investigate the evolution of collaborative behaviors in a swarm of robotic agents using a distributed EER approach. We perform a set of experiments for a swarm of robots to adapt to a collaborative item collection task that cannot be solved by a single robot. Our results show that the swarm learns to collaborate to solve the task using a distributed approach, and we identify some inefficiencies regarding learning to choose actions. (3) We propose and experimentally validate a completely distributed mechanism that allows to learn the structure and parameters of the robot neurocontrollers in a swarm using a distributed EER approach, which allows for the robot controllers to augment their expressivity. Our experiments show that our fully-decentralized mechanism leads to similar results as a mechanism that depends on global information
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Cambier, Nicolas. "Bio-inspired collective exploration and cultural organisation." Thesis, Compiègne, 2019. http://www.theses.fr/2019COMP2511.
Full textAbstract:
Les systèmes autonomes sont récemment devenus une solution efficace pour des applications telles que l'exploration et la surveillance d'environnements. Dans ces situations, l'utilisation de plusieurs robots pourrait améliorer l'efficacité des solutions proposées, bien que cela nécessite des stratégies d'organisation qui soient à la fois robuste, flexible et adaptables à la taille de la flotte de robots. En robotique en essaim, ces qualités sont assurées par la décentralisation, la redondance (plusieurs/tous les robots effectuent la même tâche), des interactions locales et des règles simples. Les interactions et communications locales sont une composante clef de la robotique en essaim. Jusqu'ici, la communication n'a été utilisée que pour des tâches relativement simples, tels que signaler les préférences ou l'état d'un robot. Cependant, la communication peut être bien plus riche et similaire aux langages humains. Dans ces conditions, elle permettrait aux essaims de robots de gérer de nouvelles situations qui ne seraient pas prévues par leurs concepteurs. De riches communications sont donc nécessaires pour obtenir des essaims entièrement autonomes, en particulier dans des environnements inconnus. Dans cette thèse, nous proposons une approche pour faire émerger des communications riches dans des essaims de robots en utilisant les jeux de langages comme protocole de communication et l'agrégation probabiliste comme cas d'étude. L'agrégation probabiliste est un prérequis pour de nombreuses tâches en robotique en essaim mais elle est aussi extrêmement sensible aux conditions expérimentales. Elle requiert donc un réglage spécifique de ses paramètres pour chaque nouvelle condition, y compris les changements d'échelle ou de densité. Avec notre approche, nous avons observé que l'exécution simultanée du jeu de nommage et de l'agrégation mène, dans certaines conditions, à un nouveau comportement d'agglomération en plusieurs groupes, chacun avec son propre nom, qui est contrôlable via les paramètres de l'agrégation. En poussant ces interactions plus loin, nous démontrons que les dynamiques sociales du jeu de nommage peuvent sélectionner des paramètres d'agrégation efficaces. Cette sélection culturelle crée donc des contrôleurs résilients, qui évoluent en-ligne en fonction du contexte courantAutomatically-controlled artificial systems have recently been used in numerous settings including environmental monitoring and explorations, with great success. In such cases, the use of multiple robots could increase efficiency, although we should ensure that their communication and organisation strategies are robust, exible, and scalable. These qualities can be ensured through decentralisation, redundancy (many/all robots perform the same task), local interaction, and simplistic rules, as is the case in swarm robotics. One of the key components of swarm robotics is local interaction or communication. The later has, so far, only been used for relatively simple tasks such as signalling a robot's preference or state. However, communication has more potential because the emergence of meaning, as it exists in human language, could allow robots swarms to tackle novel situations in ways that may not be a priori obvious to the experimenter. This is a necessary feature for having swarms that are fully autonomous, especially in unknown environments. In this thesis, we propose a framework for the emergence of meaningful communications in swarm robotics using language games as a communication protocol and probabilistic aggregation as a case study. Probabilistic aggregation can be a prerequisite to many other swarm behaviours but, unfortunately, it is extremely sensitive to experimental conditions, and thus requires specific parameter tuning for any setting such as population size or density.With our framework, we show that the concurrent execution of the naming game and of probabilistic aggregation leads, in certain conditions, to a new clustering and labelling behaviour that is controllable via the parameters of the aggregation controller. Pushing this interplay forward, we demonstrate that the social dynamics of the naming game can select efficient aggregation parameters through environmental pressure. This creates resilient controllers as the aggregation behaviour is dynamically evolved online according to the current environmental setting