Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Robots mobiles – Traitement réparti“

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

Nous présentons dans cette thèse un modèle de fusion multi-capteurs fonde sur une architecture multi-agents. Nous distinguons deux types d'agents. Les agents perceptuels assurent des opérations sur des données numériques en utilisant des algorithmes de traitement du signal pour extraire des informations pertinentes. Les agents d'interprétation manipulent les informations résultantes pour résoudre des problèmes à un niveau d'abstraction plus élevé. Deux maquettes de systèmes de fusion adoptant ce modèle ont été implantées et couplées au simulateur d'un robot mobile. Le système résultant a été baptisé RoMAT. Ce dernier permet au robot de construire une carte de l'environnement représentant les obstacles détectés par les capteurs sonar et le système laser composant cette plate-forme multisensorielle. Les résultats présentés justifient l'intérêt de l'approche multi-agents. La construction du monde est améliorée grâce à la complémentarité et la redondance de capteurs

Cette thèse étudie divers aspects de la programmation orientée objet et leur intérêt pour les applications en robotique et productique. Un essai de classification des langages orientés objet débute ce mémoire. Le premier axe de ce travail est l'implantation, en Prolog, d'objets proches des frames de l'intelligence artificielle, organisés en réseau ; ils sont utilisés pour la gestion d'alea et la planification en robotique facturière. Le deuxième axe de ce travail est la définition d'objets acteurs et acteurs actifs, fonctionnant en parallèle, mis en œuvre, en Interlisp-D et Loops, pour la simulation d'une tache téléopérée semi-automatique. Cette thèse illustre l'utilisation de la programmation orientée objet dans un domaine très large. Elle montre qu'au stade exploratoire, on peut concilier des impératifs de programmation statique et dynamique, et veut préfigurer leur association dans le développement des langages orientés objet

Cette thèse présente tout d'abord un méthode d’exploration mono-robot, ensuite une stratégie coopérative décentralisée d'exploration pour un groupe de robots équipés de range finders. Une carte 2-D de la zone explorée est construite sous la forme de figure en pixels et est étendue par les robots en utilisant un planner local qui décide automatiquement entre l'information gagnée et le coût d'exploration. La carte est construite en utilisant la méthode des moindres carrés pour réduire les erreurs des données des capteurs. En divisant la tâche globale en sous-tâches, un contrôleur intelligent permet de réduire la complexité. Cependant, la fusion de différents comportements avec des objectifs différents peut entraîner des contradictions et modifier ainsi la stabilité du système. Par conséquent, la question de mécanisme de coordination de comportements est essentielle pour réaliser un mouvement sécurisé sans collisions. Une méthode intégrée par la coordination des comportements et de commande par fusion est proposée dans le présent travail. Une nouvelle approche basée sur cinq comportements de base pour la navigation de robots mobiles est discutée. Player/Stage est un projet de logiciel open-source pour la recherche sur la robotique. Ses composants comprennent le serveur de réseau et les simulateurs de robot pour plusieurs types de plates-formes de robots. Nous utilisons principalement simulation sous Player/Stage pour tester nos algorithmes en mono-agents/multi-agents , en cartographie et en navigation. Les résultats obtenus montrent que les solutions proposées sont efficaces et peuvent être utilisées dans des robots réels
In this Ph. D., we will present firstly a single robot exploration method, then a decentralized cooperative exploration strategy for a team of mobile robots equipped with a range finders. A two dimensional map of the explored area is built in the form of a pixel figure. This is expanded by the robots by using a randomized local planner that authomatically realizes a decision between information gain and navigation cost. In our work, the map is reconstructed using a least-mean square method to reduce the errors of the sensor data. In dividing the overall task into subtasks, the intelligent controller allows reducing the robots task complexity. But the fusion of different behaviors with different objectives may cause contradiction in the procedure and alter the stability of the system. Therefore, the issue of behavior coordination mechanisms is crucial in order to realize the non-collision safety-ensured movements. A method integrated by behavior coordination and command fusion is proposed. A new approach with five basic behaviors for mobile robot navigation is discussed.Player/ Stage is an open-source software project for research in robotics and sensor systems. Its components include the Player network server and the Stage robot platform simulators providing a hardware abstraction layer to several popular robot platforms. Player is one of the most popular robot interfaces in research. We mainly use Player/Stage simulation to test our algorithms in mono-agent/multi-agent exploration, map reconstruction and robot navigation. Obtained results show that the proposed approaches are effective and can be applied in real robots

Cette thèse décrit l'étude, la réalisation et l'expérimentation de SEPIA, un système évolutif de perception pour un robot mobile autonome. Ce travail tente d'apporter une contribution au problème de l'autonomie d'un robot mobile face aux problèmes de perception dans un environnement a priori non connu et peu structuré. Le principe de SEPIA est d'intégrer l'ensemble des fonctionnalités (contrôle et la planification, la commande et la perception) d'un robot mobile autonome dans une architecture basée sur des concepts développés en intelligence artificielle distribuée (IAD) dans les systèmes multi-agents. Ces concepts prennent en compte la répartition de la fonction de décision dans plusieurs agents dont le but est de coopérer et de collaborer entre eux pour réaliser un objectif donné. Le comportement du système lors de l'exécution d'une mission est la sélection dynamique des capteurs et des traitements en fonction du contexte - à savoir, l'environnement, les objectifs de la mission et les capacités des ressources du robot. Ce comportement se bâtit sur des schémas du type percevoir pour décider d'une action ou encore décider d'une action pour percevoir. L'expérimentation de SEPIA sur le robot mobile du laboratoire pour des missions classiques du type franchir une porte et accoster le poste de travail a permis de valider le caractère évolutif du système. Cette propriété s'applique non seulement à la capacité d'adapter les moyens sensoriels en fonction du contexte, mais aussi à la capacité d'intégrer à plus ou moins long terme, de nouveaux capteurs, de nouveaux traitements et de nouvelles missions.

Les systèmes robotiques modulaires (MRS) font aujourd’hui l’objet de recherches très actives. Ils ont la capacité de changer la perspective des systèmes robotiques, passant de machines conçues pour effectuer certaines tâches à des outils polyvalents capables d'accomplir presque toutes les tâches. Ils sont utilisés dans un large éventail d'applications, notamment la reconnaissance, les missions de sauvetage, l'exploration spatiale, les tâches militaires, etc. Constamment, MRS est constitué de "modules" allant de quelques à plusieurs centaines, voire milliers. Chaque module implique des actionneurs, des capteurs, des capacités de calcul et de communication. Habituellement, ces systèmes sont homogènes où tous les modules sont identiques ; cependant, il pourrait y avoir des systèmes hétérogènes contenant différents modules pour maximiser la polyvalence. L’un des avantages de ces systèmes est leur capacité à fonctionner dans des environnements difficiles dans lesquels les schémas de travail contemporains avec intervention humaine sont risqués, inefficaces et parfois irréalisables. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la robotique modulaire auto-reconfigurable. Dans de tels systèmes, il utilise un ensemble de détecteurs afin de détecter en permanence son environnement, de localiser sa propre position, puis de se transformer en une forme spécifique pour effectuer les tâches requises. Par conséquent, MRS est confronté à trois défis majeurs. Premièrement, il offre une grande quantité de données collectées qui surchargent la mémoire de stockage du robot. Deuxièmement, cela génère des données redondantes qui compliquent la prise de décision concernant la prochaine morphologie du contrôleur. Troisièmement, le processus d'auto-reconfiguration nécessite une communication massive entre les modules pour atteindre la morphologie cible et prend un temps de traitement important pour auto-reconfigurer le robot. Par conséquent, les stratégies des chercheurs visent souvent à minimiser la quantité de données collectées par les modules sans perte considérable de fidélité. Le but de cette réduction est d'abord d'économiser de l'espace de stockage dans le MRS, puis de faciliter l'analyse des données et la prise de décision sur la morphologie à utiliser ensuite afin de s'adapter aux nouvelles circonstances et d'effectuer de nouvelles tâches. Dans cette thèse, nous proposons un mécanisme efficace de traitement de données et de prise de décision auto-reconfigurable dédié aux systèmes robotiques modulaires. Plus spécifiquement, nous nous concentrons sur la réduction du stockage de données, la prise de décision d'auto-reconfiguration et la gestion efficace des communications entre les modules des MRS dans le but principal d'assurer un processus d'auto-reconfiguration rapide
Modular robotic systems (MRSs) have become a highly active research today. It has the ability to change the perspective of robotic systems from machines designed to do certain tasks to multipurpose tools capable of accomplishing almost any task. They are used in a wide range of applications, including reconnaissance, rescue missions, space exploration, military task, etc. Constantly, MRS is built of “modules” from a few to several hundreds or even thousands. Each module involves actuators, sensors, computational, and communicational capabilities. Usually, these systems are homogeneous where all the modules are identical; however, there could be heterogeneous systems that contain different modules to maximize versatility. One of the advantages of these systems is their ability to operate in harsh environments in which contemporary human-in-the-loop working schemes are risky, inefficient and sometimes infeasible. In this thesis, we are interested in self-reconfigurable modular robotics. In such systems, it uses a set of detectors in order to continuously sense its surroundings, locate its own position, and then transform to a specific shape to perform the required tasks. Consequently, MRS faces three major challenges. First, it offers a great amount of collected data that overloads the memory storage of the robot. Second it generates redundant data which complicates the decision making about the next morphology in the controller. Third, the self reconfiguration process necessitates massive communication between the modules to reach the target morphology and takes a significant processing time to self-reconfigure the robotic. Therefore, researchers’ strategies are often targeted to minimize the amount of data collected by the modules without considerable loss in fidelity. The goal of this reduction is first to save the storage space in the MRS, and then to facilitate analyzing data and making decision about what morphology to use next in order to adapt to new circumstances and perform new tasks. In this thesis, we propose an efficient mechanism for data processing and self-reconfigurable decision-making dedicated to modular robotic systems. More specifically, we focus on data storage reduction, self-reconfiguration decision-making, and efficient communication management between modules in MRSs with the main goal of ensuring fast self-reconfiguration process

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.

Le domaine de la conception et de l'implantation de robots autonomesest aujourd'hui en pleine révolution. Forte croissance de la demande,large spectre d'applications, et l'explosion de la puissance de calculembarquée s'accompagnent d'une forte complexification de laprogrammation de leurs architectures de contrôle. Dans ce contexte,une approche à base de composants doit permettre de construire plusrapidement des architectures de contrôle complexes présentant desgaranties de bon fonctionnement. Dans ce domaine, cet objectif seheurte à de nombreuses difficultés. Les modèles à composantscourants, qui capturent pour l'essentiel un comportement fonctionneln'explicitant que les interactions de type appel/résultat, ne peuventrendre compte de l'ensemble des besoins pour construire unearchitecture de contrôle. Trop de caractéristiques vitales, liées auxpropriétés temporelles des tâches et à l'utilisation des ressourcesphysiques, demeurent implicites dans ces modèles. Le but de cette thèse est de développer un modèle formel d'interfaces riches permettant de représenter de manière systématique toutes les contraintes du système des contraintes fonctionnelles du composant aux contraintes physiques sur les ressources. Ces interfaces riches sont ensuite utilisées pour construire des assemblages de composants à travers un ensemble d'opérateurs de composition.

Ce travail a concerné le déplacement du robot mobile autonome RoMo-SAPIENS (Robotique Mobile-Système Autonome Polycapteurs d'Intervention en Environnement Non-Structuré). Le but a été essentiellement la solution au problème de la navigation de ce robot dans un environnement peu contraint mais non connu a priori. La solution proposée utilise une image captée par une caméra type CCD qui sert de base à un modèle de l'environnement, où les objets sont repérés par leur projection sur le sol. Une fois repérés le robot et la cible dans l'image, il ne reste que les obstacles, leur représentation correspond à la carte de l'environnement. Celle-ci est traitée par une méthode de squelettisation de l'espace libre pour obtenir tous les itinéraires possibles pour la réalisation d'une tâche. Un itinéraire est retenu en fonction du critère de la plus courte distance à parcourir. Cet itinéraire est caractérisé au moyen d'un ensemble de points stratégiques («points de passage»). La liaison des points de passage est réalisée au moyen du nombre nécessaire de segments de Bézier pour obtenir un chemin à courbure continue. Finalement, la trajectoire est générée en associant une loi horaire à ce chemin, ce qui donne comme résultat le déplacement du robot de sa configuration initiale jusqu'à la cible.