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L'OBJET DE CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE ET LA MISE EN UVRE D'UNE COMMANDE HIERARCHISEE DE ROBOT MOBILE AUTONOME QUI DOIT EVOLUER DANS UN ENVIRONNEMENT QUASI STATIQUE. IL S'AGIT D'UNE ARCHITECTURE DE COMMANDE A TROIS NIVEAUX, SOIT: PLANIFICATEUR, NAVIGATEUR, PILOTE. LE ROLE DU PLANIFICATEUR CONSISTE A PARTIR D'UNE CARTOGRAPHIE DE L'ENVIRONNEMENT, DE DEFINIR TOUS LES CHEMINS POSSIBLES POUR SE RENDRE D'UN POINT DE DEPART A UN POINT OBJECTIF. L'ALGORITHME UTILISE EST BASE SUR LE CONCEPT DU VECTEUR DE TRAVERSABILITE AVEC DES OBSTACLES DE FORME CONCAVE, EN MODE STATIQUE. AINSI, LE NIVEAU PLANIFICATEUR OPERE EN MODE HORS LIGNE. LE ROLE DU NAVIGATEUR CONSISTE, D'UNE PART, A PARTIR DES INFORMATIONS FOURNIES PAR LE PLANIFICATEUR, A DEFINIR UNE TRAJECTOIRE OPTIMALE SANS CONTRAINTES, D'AUTRE PART A ELABORER UNE TRAJECTOIRE DE CONTOURNEMENT EN CAS D'OBSTACLE IMPREVU SUR LA TRAJECTOIRE PRE-DEFINIE. AINSI, LE NAVIGATEUR OPERE EN TEMPS REEL ET EN MODE MULTITACHES. LE NIVEAU PILOTE GERE LES CAPTEURS (ODOMETRIE, TELEMETRIE...) AINSI QUE LES ASSERVISSEMENTS DES ACTIONNEURS DU ROBOT. CES FONCTIONNALITES EN TACHES SONT DECOUPLEES DE CELLES QUI SONT REALISEES PAR LE PROCESSEUR CENTRAL. LA CONCEPTION DES TROIS NIVEAUX HIERARCHIQUES EST BASEE SUR L'UTILISATION D'OUTILS LOGICIELS SPECIFIQUES, SOIT: UN EXECUTIF MULTITACHES TEMPS REEL ET UN SYSTEME EXPERT. CES OUTILS CONFERENT A LA COMMANDE LES AVANTAGES ET CARACTERISTIQUES SUIVANTES: MODULARITE, OUVERTURE, RECONFIGURABILITE, INTELLIGENCE, TEMPS REEL
Proceedings of the 7th Annual European Computer Conference (CompEuro 93), held in Paris, May 1993. The papers are organized into four tracks, each track being divided into several homogeneous sessions: automated manufacturing systems (modeling, maintenance, production system design and control, planning and scheduling); CAD/CAM (automated process planning, CAD, simulation and structured documentation, object oriented approach); machine control (inspection and vision systems, robot and process controllers, design of control systems, real time, motion planning and process control); and integration (flexible manufacturing systems, manufacturing database, information system and EDI, industrial networks). No index. Annotation copyright by Book News, Inc., Portland, OR.
LES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MEMOIRE CONCERNENT LA PROPOSITION D'UNE APPROCHE METHODOLOGIQUE POUR LA CONCEPTION D'UNE ARCHITECTURE DE CONTROLE ET DE COMMANDES D'UN SYSTEME COMPLEXE : UN ROBOT MOBILE AUTONOME. AFIN DE GARANTIR LES FONCTIONNALITES REQUISES POUR LA CONDUITE DU ROBOT MOBILE : REACTIVITE, COMPORTEMENT INTELLIGENT, RAISONNEMENT GLOBAL, MODULARITE, FIABILITE, ADAPTATIVITE, INTEGRATION MULTISENSORIELLE ET ROBUSTESSE, NOUS PROPOSONS UNE ARCHITECTURE DE CONTROLE ET DE COMMANDES HYBRIDES QUI REPOSE SUR UN CONCEPT ORIGINAL : LES COMMANDES ORIENTEES COMPORTEMENT (COC). NOTRE ARCHITECTURE COC S'APPUIE SUR UNE DECOMPOSITION A LA FOIS HIERARCHIQUE ET DISTRIBUEE DU CONTROLE EN MODULES COMMUNICANTS APPELES MODULES DE COMPORTEMENT. CETTE APPROCHE UTILISE LES CONCEPTS DE L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE DISTRIBUEE ET DU TEMPS REEL A TRAVERS D'UNE PART, DES AGENTS REACTIFS DE FAIBLE INTELLIGENCE POUR REAGIR A DES EVENEMENTS EXTERIEURS ET D'AUTRE PART, DES AGENTS DE PLUS FORTE GRANULARITE POUR LA GESTION DE LA PLANIFICATION ET DE LA NAVIGATION DU ROBOT. LE MECANISME DE RAISONNEMENT DES MODULES DE COMPORTEMENT EST DECRIT PAR UNE MACHINE A ETATS FINIS OU UN SYSTEME EXPERT D'ORDRE 0+ ASSOCIE A UN MOTEUR D'INFERENCES A CHAINAGE AVANT. LE SUPPORT D'EXECUTION SOUS-JACENT AU MODELE DOIT OFFRIR DES MECANISMES POUR GERER LA CONCURRENCE, LA SYNCHRONISATION ET LA COMMUNICATION DES AGENTS TOUT EN RESPECTANT DES CONTRAINTES TEMPS REEL (EX : LANGAGE ASYNCHRONE + NOYAU TEMPS REEL). LA PROBLEMATIQUE DU PASSAGE DU MODELE CONCEPTUEL D'UNE APPLICATION VERS SA MISE EN OEUVRE EFFECTIVE SUR UNE ARCHITECTURE MULTIPROCESSEUR LEGERE (PROCESSEURS DE L'ORDRE DU MIPS) EST ABORDEE PAR LA REALISATION D'UN OUTIL DE CONCEPTION ET DE DEVELOPPEMENT GARANTISSANT UN COMPORTEMENT STANDARD DES MODULES GRACE A UNE GENERATION AUTOMATIQUE DU CODE ASSOCIE AUX DIFFERENTS OBJETS DU MODELE. UNE VALIDATION DE CETTE ARCHITECTURE A ETE REALISEE A TRAVERS UNE APPLICATION DE ROBOTIQUE MOBILE AUTONOME DOMESTIQUE.
Une application multi-robots peut être vue comme une population d'agents plus ou moins intelligents coopérant à la réalisation d'une mission. L’examen des problèmes de mise en œuvre de ces agents dans un environnement temps-réel, et des solutions permettant de les résoudre, constitue le centre d'intérêt de cette étude. Nous analysons dans un premier temps quelques architectures de commande de systèmes robotiques, ainsi que les modèles objets et acteurs et quelques-unes de leurs extensions ; et nous montrons l'adéquation de l'approche objet/acteur au problème de contrôle/commande des systèmes robotiques. Nous proposons alors un modèle de représentation des agents de commande (agent exécutif), ainsi que des modèles de communication et de synchronisation alliant asynchronisme et réactivité. Ces modèles prennent en compte la nécessité de transparence des interactions entre agents aux réseaux de communication, au système d'exploitation, et à l'hétérogénéité éventuelle des langages et des machines. Ces différents modèles sont intégrés dans un micro-noyau pouvant équiper toute machine temps-réel ou non. Ce dernier est composé de quatre couches hiérarchiques, dont la plus basse représente l'interface avec le système d'exploitation et la machine, et la plus haute représente une extension du langage objet, utilisé pour l'implantation du micro-noyau, en un langage objet intégrant le parallélisme, la distribution et la communication asynchrone. Une maquette de ce micro-noyau a été réalisée en C++ et a conduit à une extension de ce langage (C++a) et un environnement d'accueil d'applications robotiques basé sur les notions définies est proposé.
CE MEMOIRE CONTRIBUE A L'ELABORATION D'UNE STRUCTURE INFORMATIQUE POUR CONTROLER LA PERCEPTION MULTICAPTEURS D'UN ROBOT, APPELE A INTERAGIR DANS DES ENVIRONNEMENTS NON COOPERATIFS VOIRE HOSTILES. LE CHAPITRE I DETAILLE LE BIEN-FONDE D'UNE APPROCHE DISTRIBUEE, ET PRECISE NOTAMMENT LES CONTRAINTES STRUCTURELLES ET TEMPORELLES QUE DEVRAIT RESPECTER L'ENVIRONNEMENT INFORMATIQUE D'UN TEL DISPOSITIF, AFIN D'EN FAIRE UN OUTIL DE RECHERCHE EFFICACE. LE CHAPITRE II PRESENTE UN TOUR D'HORIZON DES DIFFERENTES METHODES ET LANGAGES DE PROGRAMMATION EXISTANT DANS LE DOMAINE DE LA ROBOTIQUE CLASSIQUE (MANIPULATEURS), ET MONTRE LEURS LIMITATIONS DANS LE DOMAINE DE LA PERCEPTION. CE CHAPITRE PRECONISE ALORS LE CHOIX DE LANGAGES CLASSIQUES EVOLUES POUR CONTROLER LA FONCTION PERCEPTIVE MULTICAPTEURS D'UN ROBOT, AINSSI QUE L'EMPLOI D'UN VERITABLE ENVIRONNEMENT DE DEVELOPPEMENT ET D'EXECUTION ADAPTE AUX APPLICATIONS ORIENTEES PERCEPTION, INCLUANT NOTAMMENT UN SYTEME D'EXPLOITATION TEMPS REEL. LE CHAPITRE III PRESENTE UNE PREMIERE TENTATIVE DE CONTROLE TEMPS REEL DE LA CHAINE D'ACQUISITION ET DE PRETRAITEMENT (INTERESSANTE PAR LE CARACTERE COMBINATOIRE DE SON ORDONNANCEMENT) D'UNE MACHINE DE VISION, ET PRECISE LE POINT DE DEPART D'UNE DES COMPOSANTES D'UN FUTUR LANGAGE DE PERCEPTION. LE CHAPITRE IV DETAILLE UNE PREMIERE EXPERIMENTATION MULTICAPTEURS, PERMETTANT D'ETUDIER, SUR SCENES REELLES SIMPLIFIEES, LES PROBLEMES DE FUSION DE DONNEES HETEROGENES ET DE CONTROLE DE LA PERCEPTION, ET DONT LA STRUCTURE INFORMATIQUE VALIDE CERTAINS POINTS DE L'APPROCHE DEVELOPPEE DANS LES DEUX PREMIERS CHAPITRES. CE CHAPITRE PRESENTE EN OUTRE UN BILAN, DEDUIT DE L'EXPLOITATION DE CE PREMIER BANC D'ESSAI, QUI MET EN EVIDENCE CERTAINES LIMITATIONS APPARAISSANT NOTAMMENT AU NIVEAU MATERIEL ET EXECUTIF, NECESSITANT ALORS LA CONSTRUCTION D'UN VERITABLE ROBOT MULTICAPTEURS DOTE D'UN EXECUTIF TEMPS REEL. LE CHAPITRE V ABORDE ALORS LA CONCEPTION ET L
Cette thèse présente deux systèmes importants pour les robots mobiles. Un premier système de commande est d'abord détaillé L’étude et la réalisation de l'architecture matérielle en constitue une première partie. Une étude des trajectoires et des mouvements correspondants en constitue une seconde partie. Une étude de l'asservissement optimise ensuite le suivi par le robot des trajectoires imposées. Cette étude est effectuée dans le cas discret. Le lissage des trajectoires pour obtenir un mouvement continu est effectué par l'utilisation de clothoïdes. Ce système de commande est organisé autour d'un noyau de primitives de déplacements, d'informations et de sécurité. Les performances du système sont testées sur un robot mobile réel mithra de type a (projedt MITHRA/EUREKA). Le second système traite de la programmation du robot mobile autonome. Trois modes de programmation sont mises au point: 1) l'apprentissage, relevé direct de la trajectoire suivi par le robot (moteurs débrayés) poussé par un opérateur; 2) la modélisation topologique, transformation du domaine d’évolution du robot mobile en un graphe de points d'emplacements stratégiques, le suivi d'une trajectoire par le robot revient à la recherche du chemin correspondant dans un graphe; 3) la méthode mixte, coopération des deux modes précédents pour accomplir une mission donnée Les sorties de ces trois modes sont transformées par un générateur de mouvements en primitives exécutables par le système de commande.
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.