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L'AUTONOMIE D'UN ROBOT MOBILE DEPEND BEAUCOUP DE SES CAPACITES DE PERCEPTION ET D'INTERPRETATION, MAIS ELLE PROVIENT SURTOUT DU SYSTEME QUI GERE LES FACULTES DU ROBOT. CE SYSTEME DOIT ETRE APTE A RAISONNER SUR UN MODELE ABSTRAIT DE SON ENVIRONNEMENT POUR PRODUIRE UNE SEQUENCE D'ACTIONS PERMETTANT DE FAIRE ABOUTIR LA MISSION ASSIGNEE AU ROBOT, CONTROLER L'EXECUTION DE CETTE SEQUENCE D'ACTIONS DANS UN CONTEXTE REEL, DETECTER ET REAGIR AUX EVENEMENTS NON PLANIFIES, ET ASSURER LA REPRISE DE LA MISSION EN CAS D'ECHEC. POUR REPONDRE A CES EXIGENCES LE ROBOT POSSEDE UNE STRUCTURE DE CONTROLE HIERARCHIQUE ARTICULEE AUTOUR DE TROIS SOUS-SYSTEMES: I) UN PLANIFICATEUR QUI PREDETERMINE LES TACHES A ACCOMPLIR POUR ATTEINDRE LE BUT ASSIGNE, II) UN CONTROLEUR D'EXECUTION REACTIF QUI TIENT COMPTE DU CONTEXTE REEL POUR DECOMPOSER CHAQUE TACHE EN UN ENSEMBLE D'ACTIONS, GERE L'EXECUTION DE CES ACTIONS ET ASSURE LA MISE EN UVRE DES REACTIONS DU ROBOT FACE AUX EVENEMENTS NON PREVUS PAR LE PLANIFICATEUR, III) UNE STRUCTURE DISTRIBUEE, CONSTITUEE DE MODULES REACTIFS DESTINES A CONDUIRE L'EXECUTION DES ACTIONS DECIDEES. CETTE DERNIERE, AUSSI APPELEE COUCHE FONCTIONNELLE, ORGANISE LA CONNAISSANCE OPERATOIRE DU ROBOT, DEPUIS LA SIMPLE GESTION DES CAPTEURS ET DES EFFECTEURS, JUSQU'AUX TRAITEMENTS LES PLUS EVOLUES, TELS LA MODELISATION DE L'ENVIRONNEMENT, OU LA RECONNAISSANCE D'OBJETS....
PAR DEFINITION, UNE STRUCTURE DE CONTROLE CORRESPOND AUX COMPOSANTES LOGICIELLES CHARGEES DU CONTROLE D'EXECUTION DES ACTIONS MENEES PAR UN ROBOT. LES TRAVAUX PRESENTES DANS CETTE THESE ONT PORTE SUR LA PROBLEMATIQUE DU CONTROLE D'EXECUTION ET L'ORGANISATION DE LA STRUCTURE DE CONTROLE D'UN ROBOT, DANS LE BUT D'ETABLIR LES CONCEPTS D'UNE ARCHITECTURE MATERIELLE ET LOGICIELLE GENERALE POUR LE CONTROLE D'EXECUTION DES ACTIONS DES ROBOTS MOBILES AUTONOMES. CES CONCEPTS ONT PU ETRE MATERIALISES SUR HILARE II, LE NOUVEAU ROBOT EXPERIMENTAL DU LAAS. SELON NOTRE APPROCHE, LA STRUCTURE DE CONTROLE D'UN SYSTEME ROBOTIQUE COMPLEXE PEUT ETRE CONSIDEREE COMME UN ENSEMBLE DE COUCHES LOGICIELLES SUCCESSIVES, BATIES SUR LES CAPACITES MATERIELLES DU ROBOT PHYSIQUE. LA COUCHE LA PLUS BASSE (ROBOT VIRTUEL) PERMET AUX COUCHES LOGICIELLES DE NIVEAU SUPERIEUR D'ACCEDER AU ROBOT PHYSIQUE. LA COUCHE SUIVANTE (SUBSTRAT DE MODULES) EST CONSTITUEE PAR UN ENSEMBLE DE MODULES FONCTIONNELS QUI COOPERENT ENTRE EUX POUR REALISER LES TACHES FOURNIES PAR UN CONTROLEUR CENTRAL. CHAQUE MODULE EST CAPABLE D'EXECUTER DES SERVICES SPECIFIQUES, AU MOYEN D'ACTIONS SUR LE ROBOT VIRTUEL ET/OU SUR LES AUTRES MODULES DU SUBSTRAT. LE SUBSTRAT DE MODULES REPRESENTE LA COMPOSANTE DISTRIBUEE DU CONTROLE DU ROBOT, NECESSAIRE A L'ACCOMPLISSEMENT DES MISSIONS AVEC UN DEGRE SUFFISANT D'AUTONOMIE ET DE REACTIVITE. PLACE AU-DESSUS DES MODULES FONCTIONNELS, UN CONTROLEUR CENTRAL VERIFIE L'EVOLUTION DE L'ETAT DU ROBOT ET DE SON ENVIRONNEMENT, S'ASSURE DE L'APPLICABILITE DES ACTIONS DU PLAN, DECLENCHE L'EXECUTION DE CES ACTIONS ET DETECTE/CORRIGE D'EVENTUELS ECHECS
Ce livre presente une nouvelle plateforme distribuee ayant pour mission le controle autonome d'un systeme mobile basee sur les systemes multi-agents. L'architecture propose est une jonction de deux partie notamment: la partie structurelle et de la partie de commande du robot. Apres une etude des solutions cinematiques existantes en robotique mobile a roues, il s'est avere comment on peut apporter un maximum d'autonomie de deplacement a un robot mobile tout en se focalisant sur son architecture. Cet aspect ne represente qu'une partie de l'amelioration de l'autonomie. En effet, le concept d'autonomie generale consiste a completer le travail sur l'architecture structurelle par une amelioration de l'architecture de commande. Fait alors suite a une etude bibliographique des architectures de commandes existantes allant jusqu'a la prise en compte des architectures logicielles. Une solution modulaire, hierarchique, multi-niveaux permettant de representer l'ensemble des niveaux d'autonomie attendus pour les robots mobiles. Elle a comme specificite l'integration avancee de la tele-operation."
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.
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.
CE TRAVAIL S'INTERESSE A L'ORGANISATION GENERALE DES COMPOSANTES D'UNE ARCHITECTURE DE CONTROLE DE ROBOT MOBILE AUTONOME ET SE FOCALISE SUR LES MECANISMES CONCOURANT A SA FONCTION PERCEPTION. NOUS MENONS UNE ANALYSE DES ARCHITECTURES DE CONTROLE DE ROBOT EXISTANTES ET DES APPROCHES SUIVIES POUR LEUR ELABORATION QUI NOUS GUIDE VERS LA CONCEPTION ASCENDANTE D'UNE ARCHITECTURE DE CONTROLE HYBRIDE. APRES AVOIR CHOISI NOTRE METHODE D'ETUDE ET DEFINI GLOBALEMENT L'ORGANISATION DE L'ARCHITECTURE SOUHAITEE, NOUS NOUS INTERESSONS A L'INTEGRATION DE LA FONCTION PERCEPTION SUR UN ROBOT MOBILE. NOTRE ETUDE SUR LA PERCEPTION VISUELLE ET NOTAMMENT SUR LES PROBLEMES DE L'EMPLOI D'ALGORITHMES DE TRAITEMENT D'IMAGES NOUS CONDUIT A CONSIDERER UN CONTROLE SPECIFIQUE A CES ALGORITHMES A L'AIDE D'UN MECANISME ORIGINAL DE GESTION DE L'ATTENTION DU ROBOT. CE MECANISME PERMET LA SELECTION DYNAMIQUE DE PROCESSUS DE PERCEPTION EN FONCTION DU COMPORTEMENT COURANT DU ROBOT, EN TENANT COMPTE DE CONNAISSANCES A PRIORI SUR DES ENCHAINEMENT LOGIQUES ENTRE PROCESSUS DE PERCEPTION ET EN CONSIDERANT LES RESSOURCES DE CALCUL DISPONIBLES SUR LE ROBOT. PAR UNE EVALUATION DES TRAITEMENTS DE PERCEPTION, CE MECANISME CHANGE LA METHODE D'UTILISATION DES TRAITEMENTS DE PERCEPTION COURAMMENT ADOPTEE SUR UN ROBOT. IL PERMET DE REMPLACER LA RECHERCHE DU MEILLEUR TRAITEMENT DE PERCEPTION POUR UN BUT DONNE, EFFECTUE LORS DE LA CONCEPTION DU ROBOT, PAR LA MISE EN PLACE DE TRAITEMENTS PLUS NOMBREUX ET PLUS SIMPLES DONT LA SELECTION LUI EST CONFIEE PENDANT LE DEROULEMENT DE SA MISSION. CE MECANISME AUTORISE DONC UNE PLUS GRANDE CAPACITE D'ADAPTATION DU ROBOT A SON ENVIRONNEMENT ET UNE SENSIBILITE MOINDRE AUX CHOIX ARBITRAIRES DE SON CONCEPTEUR. L'ARCHITECTURE DE CONTROLE PROPOSEE ET LES MECANISMES DE PERCEPTION DECRITS BRIEVEMENT CI-DESSUS SONT ENSUITE IMPLANTES SUR UN CALCULATEUR MULTIPROCESSEUR ET SOUS LA FORME D'UN SYSTEME MULTIAGENT. ENFIN, CE SYSTEME EST EXPERIMENTE POUR LE CONTROLE D'UN ROBOT MOBILE.
Qu'est-ce qu'un robot modulaire auto-reconfigurable Les robots modulaires auto-reconfigurables sont des machines cinématiques autonomes qui peuvent prendre une variété de formes et de configurations. Ils sont également connus sous le nom de systèmes robotiques modulaires auto-reconfigurables. En plus de l'actionnement, de la détection et du contrôle conventionnels que l'on trouve généralement dans les robots à morphologie fixe, les robots à reconfiguration automatique ont la capacité de modifier délibérément leur propre forme en réorganisant la connectivité de leurs pièces. Cela leur permet de s'adapter à de nouvelles circonstances, d'effectuer de nouvelles tâches ou de se remettre de dommages plus rapidement que les robots à morphologie fixe. Comment vous en bénéficierez (I) Insights et validations sur les sujets suivants : Chapitre 1 : Robot modulaire auto-reconfigurable Chapitre 2 : Robot Chapitre 3 : Informatique reconfigurable Chapitre 4 : Brouillard utilitaire Chapitre 5 : Algorithmes d'optimisation des colonies de fourmis Chapitre 6 : Intelligence en essaim Chapitre 7 : Claytronics Chapitre 8 : Système de fabrication reconfigurable Chapitre 9 : Reconfiguration des commandes Chapitre 10 : Matière programmable Chapitre 11 : Physicomimétique Chapitre 12 : Webots Chapitre 13 : Daniela L. Rus Chapitre 14 : Robotique Chapitre 15 : Architecture MIBE Chapitre 16 : Robotique morphogénétique Chapitre 17 : Torch (machine learning) Chapitre 18 : Kilobot Chapitre 19 : Molécubes Chapitre 20 : Robotique douce Chapitre 21 : Robot Continuum (II) Répondre aux principales questions du public sur les robots modulaires auto-reconfigurables. (III) Exemples concrets d'utilisation de robots modulaires auto-reconfigurables dans de nombreux domaines. (IV) 17 annexes pour expliquer, brièvement, 266 technologies émergentes dans chaque industrie afin d'avoir une compréhension complète à 360 degrés des technologies de robots modulaires auto-reconfigurables. À qui s'adresse ce livre Professionnels, étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs, passionnés, amateurs et ceux qui veulent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type de robot modulaire auto-reconfigurable.