Dissertations / Theses on the topic 'Autonomy avoidance'

This thesis focuses on the development of guidance algorithms in order to avoid a prescribed obstacle primarily using the Collision Cone Method (CCM). The Collision Cone Method is a geometric approach to obstacle avoidance, which forms an avoidance zone around the obstacles for the vehicle to pass the obstacle around this zone. The method is reactive as it helps to avoid the pop-up obstacles as well as the known obstacles and local as it passes the obstacles and continue to the prescribed trajectory. The algorithm is first developed for a 2D (planar) avoidance in 3D environment and then extended for 3D scenarios. The algorithm is formed for the optimized CCM as well. The avoidance zone radius and velocity are optimized using constraint optimization, Lagrange multipliers with Karush-Kuhn-Tucker conditions and direct experimentation.

Context: Agile methodologies are widely recognized in western countries. From past few years, its practices are being successfully adopted in global settings especially in eastern countries. Across the world, teams are following its values and principles. Are all the teams behaving in the same way? Potential difficulties related to culture arise while implementing agile practices. Due to variance in backgrounds and behaviors, social cliques and issues are likely to be formed between the team mates which become a hurdle. Objectives: The study unravels the list of relationships between the agile team behavioral characteristics and Hofstede cultural dimensions. It also explores whether Indian employees working in an agile environment possess the required behavioral characteristics which are useful for the effective functioning of a team. The other objective of this study reveals the influence of the years of experience of the agile employees on behavioral characteristics. Methods: Data collection processes include a literature review and a web survey. First, in the literature review analysis of the empirical studies from year 1999-2011 was done. The review approach helped in collecting and summarizing the data. The studies were identified from the most reliable and authentic databases that are scientifically and technically peer reviewed such as Engineering village, IEEE Xplore, ACM digital library, Springer Link and Google Scholar. A survey was conducted with 33 practitioners from various multinational organizations in India. Statistical analysis was used to analyze the data. Results: Hofstede’s cultural dimensions had noticeable influence on agile team behavioral characteristics. Although, all the enabler characteristics were not seen in Indian culture, the results clearly show that some of the cultural dimensions are enabling factors to function well in an agile team and some hinder the team effectiveness. The result from the literature review shows the list of relationships between Hofstede cultural dimensions and agile team behavioral characteristics. All team behavioral characteristics were to a certain extent demonstrated by Indian agile employees, which can be known from the survey results. It is also seen from the survey results that, team behavioral characteristics can be demonstrated more effectively by the experienced agile employees. Conclusion: From this study, we have found the relationships between Hofstede cultural dimensions and agile team behavioral characteristics. List of agile team behavioral characteristics which were followed by Indian agile employees were obtained from the survey. We conclude that Indian agile employees were able to demonstrate all the agile team behavior characteristics required for an effective functioning of a team. One more interesting thing which came into our attention, after analyzing the survey was that years of experience of agile employees do have an effect on the employees which influences the demonstration of team behavior characteristics. It was clear that demonstration of these characteristics were not only dependent on individual’s nature but also on the years of experience in agile environment. The absence of relationships which were not found through literature needs to be focused. Hence we conclude that there is a need for conducting even more in-depth surveys and reviews to investigate the unfound relationships.

Le travail sur lequel porte cette thèse s'inscrit dans le domaine de la robotique agricole. Il s'agit de développer des stratégies de navigation permettant à un robot mobile d'évoluer et d'intervenir de manière autonome et en toute sécurité dans une exploitation. Ce type d'environnement agricole est fortement évolutif et comporte de nombreux obstacles statiques (bâtiments, zones de stockage, etc.) et dynamiques (voitures, machines agricoles, opérateurs humains, animaux, etc.). La stratégie de navigation proposée doit donc être à la fois réactive et adaptative. Par conséquent, cette thèse se concentre sur la conception de méthodes de navigation référencées capteurs (LiDAR, vision, ...) et d'évitement d'obstacles en environnements statiques mais aussi fortement dynamiques. De par la diversité des environnements et des cas possibles, nous avons souhaité développer des méthodes qui soient les plus génériques possible, pouvant gérer les cas à la fois statiques et dynamiques. Ainsi, nous introduirons d'abord les spirales, qui permettent d'obtenir des trajectoires d'évitement pertinentes et flexibles. Ensuite, nous présenterons notre méthode de navigation et d'évitement d'obstacles, basée sur une paramétrisation dynamique des spirales en fonction de l'évolution de l'environnement. Nous verrons que de par l'aspect générique des spirales, cette méthode peut être aisément adaptée pour fonctionner dans un cadre statique mais aussi dans un cadre dynamique. Pour finir, ces solutions seront validées en simulation, puis portées sur un robot mobile pour des expérimentations en conditions réelles
This thesis explores the field of agricultural robotics. It aims at developing navigation strategies allowing a mobile robot to navigate safely and autonomously inside a farm. This kind of agricultural environment is highly evolutive and includes many static obstacles (buildings, storage areas, etc.) and dynamic obstacles (cars, agricultural machines, human operators, animals, etc.). The proposed navigation strategy must therefore be both reactive and adaptive. Consequently, this thesis focuses on the design of sensor-based navigation methods (LiDAR, vision, ...) and obstacle avoidance techniques in static but also highly dynamic environments. Due to the diversity of environments and possible cases, we have developed methods that are as generic as possible, able to handle both static and dynamic cases. Thus, we will first introduce the spirals, which allow to obtain relevant and flexible avoidance trajectories. Then, we will present our method of navigation and obstacle avoidance, based on a dynamic parametrization of the spirals according to the evolution of the environment. We will show that due to the generic aspect of spirals, this method can be easily adapted to avoid both static and dynamic obstacles. Finally, these solutions will be first validated in simulation, then implemented on a mobile robot for experiments in real conditions

The field of obstacle avoidance is a well-researched area. Despite this, research on obstacle avoidance in three dimensions is surprisingly sparse. For platforms which are able to navigate three-dimensional space, such as multirotor UAVs, such methods will become more common. In this thesis, an obstacle avoidance method, intended for a three-dimensional environment, is presented. First the method reduces the dimensionality of the three-dimensional world into two dimensions by projecting obstacle observations onto a two-dimensional spherical depth map, retaining information on direction and distance to obstacles. Next, the method accounts for the dimensions of the platform by applying a post-processing on the depth map. Finally, knowing the motion model, a look-ahead verification step is taken, using information from the depth map, to ensure that the platform does not collide with any obstacles by not allowing control inputs which leads to collisions. If there are multiple control input candidates after verification that lead to velocity vectors close to a desired velocity vector, a heuristic cost function is used to select one single control input, where the similarity in direction and magnitude of the resulting and desired velocity vector is valued. Evaluation of the method reveals that platforms are able to maintain distances to obstacles. However, more work is suggested in order to improve the reliability of the method and to perform a real world evaluation.
Fältet inom kollisionsundvikande är ett välforskat område. Trots detta så är forskning inom kollisionsundvikande metoder i tre dimensioner förvånansvärt magert. För plattformar som kan navigera det tredimensionella rummet, såsom multirotor-baserade drönare kommer sådana metoder att bli mer vanliga. I denna tes presenteras en kollisionsundvikande metod, menad för det tredimensionella rummet. Först reduceras dimensionaliteten av det tredimensionella rummet genom att projicera hinderobservationer på ett tvådimensionellt sfärisk ark i form av en djupkarta som bibehåller information om riktning och avstånd till hinder. Därefter beaktas plattformens dimensioner genom att tillämpa ett efterbehandlingssteg på djupkartan. Till sist, med kunskap om rörelsemodellen, ett verifieringssteg där information från djupkartan används för att försäkra sig om att plattformen inte kolliderar med några hinder genom att inte tillåta kontrollinmatningar som leder till kollisioner. Om det finns flera kontrollinmatningskandidater efter verifikationssteget som leder till hastighetsvektorer nära en önskad hastighetsvektor så används en heuristisk kostnadsfunktion, där likheten i riktning och magnitud av den resulterande vektorn och önskade hastighetsvektorn värderas, för att välja en av dem. Utvärdering av metoden visar att plattformar kan bibehålla avstånd till hinder. Dock föreslås ytterligare arbete för att förbättra tillförlitligheten av metoden samt att utvärdera metoden i den verkliga världen.

Notre thèse étudie les conditions favorables à l’autonomisation scolaire des élèves. L’étude empirique est menée en grande section de maternelle. Dans la plupart des situations de formation, les temps « d'autonomie » sont structurellement inévitables puisque le formateur ne peut être présent pour tous à chaque instant. Nous nous intéressons aux temps de classe au cours desquels l’enseignant n’intervient pas directement, soit parce qu’il n’est pas disponible, soit parce qu’il se retire volontairement de la situation. Nous les appelons temps faibles en raison de cette faible présence de l’enseignant : l’élève doit agir en fonction de ses propres forces, sans l’intervention directe du maître pour réguler l’apprentissage et les comportements. Il appert que les élèves n’y sont pas naturellement autonomes : laissées au hasard de capacités acquises hors l’école, les activités dites « en autonomie » contribuent à creuser les écarts entre les élèves face aux savoirs qui leurs sont proposés. L’autonomie ferait partie de ces comportements implicitement attendus et « davantage supposés ou requis par les enseignants que construits dans, avec et par l’école ». Comment penser le processus d’autonomisation scolaire et comment l’opérationnaliser en contexte ordinaire de classe ? Nous cherchons les outils, les leviers, les interactions et les dispositifs qui permettraient aux élèves, – à tous les élèves – de profiter des temps faibles au bénéfice de leurs apprentissages. Les données sont recueillies dans 14 classes sur 117 demi-journées d’observation directe, puis traitées à l’aide de l’analyse par les catégories conceptualisantes (Paillé, 2012). Dans la perspective (socio)constructiviste de l’apprentissage, pour construire un savoir nouveau, l’élève doit rencontrer un obstacle dans la réalisation de la tâche, l’apprentissage résultant du dépassement de celui-ci. Nous relevons des comportements différenciés face à l’obstacle dans les ateliers en autonomie : certains élèves entrent dans des conduites d’évitement, refusant d’affronter cet obstacle, s’en trouvant détournés en amont ou bien le contournant. D’autres, au contraire, entrent dans des conduites de ressources pour le dépasser et construire de nouvelles connaissances. En cours d’étude apparaissent des dynamiques remarquables : certains élèves, d’habitude « évitants », rejoignent ou se maintiennent parfois dans des conduites de ressources. L’étude de ces « exceptions notables » fait émerger les conditions favorables ayant permis leur dynamique particulière en termes d’outils, d’activités, d’interactions et de dispositifs. Ce qui aura pu fonctionner au bénéfice des exceptions notables pourrait être exploité comme levier pédagogique durable au bénéfice de tous. Ces conditions deviennent alors supposées favorables et sont réinvesties dans des dispositifs expérimentaux afin d’observer si elles produisent les effets attendus, dans quelle mesure et selon quelles limites (analyse des dispositifs expérimentaux par une adaptation du modèle systémique d’Engeström, 1987). Il apparait clairement que le processus d’autonomisation, en contexte scolaire de classe hétérogène et nombreuse, s’observe et se construit de façon privilégiée dans les temps faibles de la structuration pédagogique et leur articulation avec les temps forts, notamment les retours collectifs sur ateliers. Une pédagogie des temps faibles supposerait que soit accordé à ceux-ci un véritable statut pédagogique, en tant qu’étape et instrument essentiels au processus d’autonomisation scolaire. Une telle pédagogie supposerait également d’organiser avec soin les interventions de l’enseignant en mode opératoire indirect, au travers d’un dispositif de classe qui le relaie et dont les différentes dispositions (outils, règles, activités, interactions) peuvent « être appropriées » par l’élève comme instruments psychologiques pour agir sur lui-même, en première personne.
This dissertation studies favorable conditions to empowerment of pupils. The empirical study was carried out in the final year of kindergarten. In most learning/teaching situations, "autonomy moments" are structurally inevitable since the teacher cannot be systematically available to everyone all the time. Interest is focused on moments during which the teacher does not directly intervene, either because he/she is not available or because he/she voluntarily withdraws from the learning situation. We call these moments "low times" because of the teacher's low presence: during these specific moments, each student responds according to his own strengths without the teacher's direct intervention to regulate both learning and behavior. It appears that students are not naturally autonomous: when left unattended, the so-called "autonomous" learning activities contribute to widening the knowledge gap between students in learning situations. Autonomy would be part of this implicitly expected behavior and is "all the more expected and required from teachers rather than being constructed in, with and by school". How can student empowerment be perceived and operationalized in an ordinary class context? Our goal is to identify tools, levers, interactions and devices which enable students to benefit from "low times" for their own learning. The data are collected in 14 classes in 117 half-days of direct observation. Socio-constructivist approach to learning suggests that in order to construct new knowledge, the student must encounter an obstacle in the course of accomplishing his task. Learning results from overcoming this obstacle. We highlight differentiated behaviors of students when facing obstacles in autonomy classroom workshops: some resort to avoidance strategies and refuse to deal with this obstacle by bypassing or circumventing it. Conversely, others draw on (their own) resources in order to overcome it and construct new knowledge. During the study period, remarkable dynamics appear: some students, with usually an "avoidant" attitude, join or maintain a "drawing on resource conduct". The study of the "notable exceptions" leads to the emergence of the favorable conditions which fostered this particular dynamic in terms of tools, activities, interactions and devices. What would have worked to the benefit of the notable exceptions could be further used as a sustainable and pedagogical lever to the benefit of all students. These conditions become then supposedly favorable and are reinvested in experimental devices in order to see if they produce the expected effects, to which extent and within what limits? Il clearly appears that the empowerment process, in classroom context of a large and heterogeneous class, is developed in a special way in "low times" of pedagogical structuration and their articulation with "strong times", notably collective feedbacks on workshops. A pedagogy of "low times" entails providing the teacher with substantial pedagogical status, which would be a crucial step as well as an instrument in the school empowerment process. Such pedagogy would also entail carefully organizing teacher's intervention in an indirect mode, through a class device which would relay it through its various dispositions (tools, rules, activities, interactions). The student would then internalize these dispositions as psychological instruments in referring to oneself in the first person. This pedagogy would finally entail a redefinition of teacher's role: his/her apparent "absence" from the situation which would paradoxically become, a teaching-learning tool to the benefit of school empowerment

Cette thèse de doctorat s'inscrit dans le cadre des activités de recherche sur les systèmes de lancement aéroporté autonome. L'originalité du travail est basée sur la planification de mission effectuée par un algorithme de type A*(A-étoile). Cet algorithme a été amélioré pour répondre aux besoins de la mission de largage d'un lanceur. Il effectue la planification du chemin le plus court dans un espace tridimensionnel. Le meilleur chemin est choisi à partir de plusieurs points de passage générés dans la région de mission. Une région peut être une phase du vol ou une partie du profil de vol. Le chemin le plus court est identifié par rapport à la présence de différents obstacles dans l'espace de recherche et son objectif consiste à atteindre un point désiré. Les obstacles ont différentes dimensions et orientations dans l'espace. L'étude de leur comportement est associée aux incertitudes en provenance de l'environnement. Ils peuvent représenter des régions interdites au vol ou des conditions atmosphériques défavorables. L'évolution de ces derniers n'est pas prévisible à l'avance, ce qui impose l'addition d'une fonctionnalité dans l'algorithme. Il est possible de replanifier le chemin à partir d'un point de passage appartenant à un chemin généré en fonction de la position détectée récemment de l'obstacle en déplacement pour arriver dans la configuration finale désirée. Cette détection est possible grâce aux capteurs positionnés sur le premier étage de ce système de lancement représenté par un avion-porteur. Les points de passage que le véhicule aérien doit suivre pour atteindre les objectifs importants ne sont pas choisis d'une manière aléatoire. Leur génération dans l'espace de recherche du chemin est définie en rapport aux limitations dynamiques de l'avion. Les modèles cinématique et dynamique du véhicule aérien qui décrivent son évolution sont aussi développés dans cette thèse. Ces modèles sont étudiés dans un système de coordonnées aérodynamiques. Le référentiel traite la présence du vent qui influe sur le comportement du véhicule. Cela nous permet de considérer d'une manière prédictive plusieurs incertitudes en provenance de l'environnement ou internes pour le véhicule. Les perturbations internes sont provoquées par le largage du lanceur. Le régime transitoire est relié à la perte de masse qui pour certaines missions peut atteindre le tiers de la masse totale du système de lancement. L'algorithme de planification traite une autre prévision - la possibilité que le largage ne soit pas réalisé. Cela peut arriver dans le cas où une tempête s'est installée dans la région de lancement ou il y a plusieurs obstacles dont l'évitement risque de consommer trop de carburant et d'empêcher le retour sur le site d'atterrissage. Les connexions entre les différents points de passage peuvent être souvent brutes et difficiles à réaliser par le véhicule aérien. Pour résoudre cette problématique dans le deuxième module développé sur la génération de trajectoire réalisable, nous utilisons l'approche des polynômes de troisième ordre. Ces polynômes par rapport aux autres techniques diminuent le temps du calcul pour générer une trajectoire réalisable entre deux points de passage consécutifs. Le chemin réalisable est facile à suivre par le système. Pour le suivi de la trajectoire, nous avons introduit dans un troisième module - la commande par mode glissant. Le principe de cette commande consiste le choix de la surface de commutation entre la trajectoire actuelle suivie par le véhicule et la trajectoire désirée déterminée par l'algorithme de planification A-étoile et générée par les polynômes cartésiens de troisième ordre.

Deep learning has been rapidly growing in recent years obtaining excellent results for many computer vision applications, such as image classification and object detection. One aspect for the increased popularity of deep learning is that it mitigates the need for hand-crafted features. This thesis work investigates deep learning as a methodology to solve the problem of autonomous collision avoidance for a small robotic car. To accomplish this, transfer learning is used with the VGG16 deep network pre-trained on ImageNet dataset. A dataset has been collected and then used to fine-tune and validate the network offline. The deep network has been used with the robotic car in a real-time manner. The robotic car sends images to an external computer, which is used for running the network. The predictions from the network is sent back to the robotic car which takes actions based on those predictions. The results show that deep learning has great potential in solving the collision avoidance problem.

Ces dernières années, la tendance des robots capables de partager des espaces domestiques ou de travail avec des personnes a connu une croissance importante. Du robot guide à l’aspirateur autonome, ces robots dits "de service" sont de plus en plus intégrés dans la vie quotidienne des profanes.Bien que les progrès des logiciels et du matériel aient permis un comportement plus intelligent et plus autonome des robots, la présence plus répandue des robots parmi les gens pose un nouvel ensemble de défis pour la communauté scientifique. Même si les gens ne sont pas que des obstacles ordinaires, les approches classiques de navigation se sont concentrées sur la garantie d’un mouvement sans collision en supposant que les gens sont soit des obstacles statiques, soit des obstacles en mouvement. Traiter les gens comme des obstacles ordinaires signifie qu’un robot est incapable de tenir compte de la réaction d’une personne au mouvement du robot. Pour cette raison, un mouvement donné d’un robot peut être perçu comme dangereux ou inhabituel, ce qui incite les gens à adopter un mouvement plus prudent pendant qu’ils réfléchissent activement aux intentions du robot. Dans ce contexte, notre travail se concentre sur la manière dont un robot doit se déplacer au milieu des gens, ce qu’on appelle un problème de Mouvement homme-robot. Plus précisément, nous nous concentrons sur la reproduction d’une caractéristique de l’interaction homme-homme lors de la prévention des collisions, à savoir le partage mutuel des adaptations effectuées pour résoudre une collision.Etant donné que les situations d’évitement des collisions entre les personnes sont résolues en coopération, cette thèse modélise la manière dont cette coopération se fait afin qu’un robot puisse reproduire leur comportement. Pour ce faire, des centaines de situations où deux personnes ont des trajectoires de croisement ont été analysées. À partir de ces trajectoires humaines impliquant une tâche d’évitement des collisions, nous avons déterminé comment l’effort total est partagé entre chaque agent en fonction de plusieurs facteurs de l’interaction tels que l’angle de croisement, le temps avant collision ainsi que la vitesse. Pour valider notre approche, une preuve de concept est intégrée dans le framework Robot Operating System (ROS) utilisant une version modifiée de Reciprocal Velocity Objects (RVO) afin de répartir l’effort d’évitement des collisions de façon humanoïde.Bien que la modélisation de la manière dont un robot devrait collaborer avec des personnes ait fourni une base de référence importante pour le comportement d’évitement des collisions, la collaboration pendant une collision pourrait éventuellement engendrer de conséquences négatives. En particulier, pour assurer une collaboration efficace lors de la prévention des collisions, il est nécessaire de prévoir si la personne tentera d’éviter la collision en passant du côté gauche ou du côté droit, c’est-à-dire en prenant une décision de classe homotopie. Cependant, à situation ou cette décision de classe d’homotopie n’est pas cohérente pour les gens, le robot est obligé de tenir compte de la possibilité que les deux agents tentent de se croiser d’un côté ou de l’autre et prennent une décision nuisible à la prévention des collisions.Ainsi, dans cette thèse, nous évaluons également ce qui détermine la frontière qui sépare la décision d’éviter la collision d’un côté ou de l’autre. En faisant une approximation de l’incertitude entourant cette limite, nous avons élaboré une stratégie d’évitement des collisions qui tente de résoudre ce problème. Notre approche est basée sur l’idée que le robot doit planifier son mouvement d’évitement des collisions de telle sorte que, même si les agents, dans un premier temps, choisissent à tort de se croiser sur des côtés différents, le robot et la personne soient capables de percevoir
Classical approaches for robot navigation among people have focused on guaranteed collision-free motion with the assumption that people are either static or moving obstacles. However, people are not ordinary obstacles. People react to the presence and the motion of a robot. In this context, a robot that behaves in human-like manner has been shown to reduce overall cognitive effort for nearby people as they do not have to actively think about a robot's intentions while moving on its proximity.Our work is focused on replicating a characteristic of human-human interaction during collision avoidance that is the mutual sharing of effort to avoid a collision. Based on hundreds of situations where two people have crossing trajectories, we determined how total effort is shared between agents depending on several factors of the interaction such as crossing angle and time to collision. As a proof of concept our generated model is integrated into gls{rvo}. For validation, the trajectories generated by our approach are compared to the standard gls{rvo} and to our dataset of people with crossing trajectories.Collaboration during collision avoidance is not without its potential negative consequences. For effective collaboration both agents have to pass each other on the same side. However, whenever the decision of which side collision should be avoided from is not consistent for people, the robot should also account for the risk that both agents will attempt to incorrectly cross each other on different sides. Our work first determines the uncertainty around this decision for people. Based on this, a collision avoidance approach is proposed so that, even if agents initially choose to incorrectly attempt to cross each other on different sides, the robot and the person would be able to perceive the side from which collision should be avoided in their following collision avoidance action. To validate our approach, several distinct scenarios where the crossing side decision is ambiguous are presented alongside collision avoidance trajectories generated by our approach in such scenarios

Ce manuscrit traite de la conception d’un robot quadrirotor bio-inspiré. Ce robot, nommé QuadMorphing, s’inspire de l’oiseau et possède la capacité de se replier en vol afin de diminuer son envergure. Cette particularité est intéressante pour des problématiques d’évitement d’obstacles dans des milieux encombrés.Le travail présenté ici contient une présentation du robot où la plateforme mécatronique y est décrite en détails. Puis, des résultats expérimentaux sont présentés et commentés afin de quantifier les performances du prototype QuadMorphing durant des scénarios de franchissement d’obstacles.La deuxième partie de cette thèse traite de l’estimation de la taille d’obstacles en vol grâce à une perception visuelle monoculaire. Deux algorithmes d’estimation ont été simulés afin d’être validés pour être ensuite mis en place sur une nouvelle version du robot qui a été testée expérimentalement. Ces estimations permettent par la suite de rendre le robot plus autonome pour éviter les collisions avec son environnement et actionner son système de changement de forme si cela est nécessaire
This paper describes a bio-inspired quadrotor design. This robot, called QuadMorphing, is inspired by birds and has the ability to fold its mechanical structure to reduce its wingspan during the flight. This feature could be useful for obstacle avoidance task in cluttered environments.The work presented here contains a full description of the mechatronic structure. Then, experimental results are presented and discussed in order to quantify the QuadMorphing performances during obstacle avoidance scenarios.The second part of this thesis deals with estimating obstacle size during flight using monocular visual perception. Two estimation algorithms were simulated in order to be validated and then implemented for experimental testing on a new version of the robot. In order to make the robot autonomous, the estimation of the size of the obstacle allows the robot to avoid collisions with its environment and to perform its morphological reduction if necessary

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 applications
L’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

The Micro Aerial Vehicless (MAVs) are gaining attention in numerous applications asthese platforms are cheap and can do complex maneuvers. Moreover, most of the commer-cially available MAVs are equipped with a mono-camera. Currently, there is an increasinginterest to deploy autonomous mono-camera MAVs with obstacle avoidance capabilitiesin various complex application areas. Some of the application areas have moving obstaclesas well as stationary, which makes it more challenging for collision avoidance schemes.This master thesis set out to investigate the possibility to avoid moving and station-ary obstacles with a single camera as the only sensor gathering information from thesurrounding environment.One concept to perform autonomous obstacle avoidance is to predict the time near-collision based on a Convolution Neural Network (CNN) architecture that uses the videofeed from a mono-camera. In this way, the heading of the MAV is regulated to maximizethe time to a collision, resulting in the avoidance maneuver. Moreover, another interestingperspective is when due to multiple dynamic obstacles in the environment there aremultiple time predictions for different parts of the Field of View (FoV). The method ismaximizing time to a collision by choosing the part with the largest time to collision.However, this is a complicated task and this thesis provides an overview of it whilediscussing the challenges and possible future directions. One of the main reason was thatthe available data set was not reliable and was not provide enough information for theCNN to produce any acceptable predictions.Moreover, this thesis looks into another approach for avoiding collisions, using objectdetection method You Only Lock Once (YOLO) with the mono-camera video feed. YOLOis a state-of-the-art network that can detect objects and produce bounding boxes in real-time. Because of YOLOs high success rate and speed were it chosen to be used in thisthesis. When YOLO detects an obstacle it is telling where in the image the object is,the obstacle pixel coordinates. By utilizing the images FoV and trigonometry can pixelcoordinates be transformed to an angle, assuming the lens does not distort the image.This position information can then be used to avoid obstacles. The method is evaluated insimulation environment Gazebo and experimental verification with commercial availableMAV Parrot Bebop 2. While the obtained results show the efficiency of the method. To bemore specific, the proposed method is capable to avoid dynamic and stationary obstacles.Future works will be the evaluation of this method in more complex environments with multiple dynamic obstacles for autonomous navigation of a team of MAVs. A video ofthe experiments can be viewed at:https://youtu.be/g_zL6eVqgVM.

The focus of this study was deep learning. A small, autonomous robot car was used for obstacle avoidance experiments. The robot car used a camera for taking images of its surroundings. A convolutional neural network used the images for obstacle detection. The available dataset of 31 022 images was trained with the Xception model. We compared two different implementations for making the robot car avoid obstacles. Mapping image classes to steering commands was used as a reference implementation. The main implementation of this study was to separate obstacle detection and steering logic in different modules. The former reached an obstacle avoidance ratio of 80 %, the latter reached 88 %. Different hyperparameters were looked at during training. We found that frozen layers and number of epochs were important to optimize. Weights were loaded from ImageNet before training. Frozen layers decided how many layers that were trainable after that. Training all layers (no frozen layers) was proven to work best. Number of epochs decided how many epochs a model trained. We found that it was important to train between 10-25 epochs. The best model used no frozen layers and trained for 21 epochs. It reached a test accuracy of 85.2 %.

Cette thèse présente l'implémentation d'une stratégie visuelle bio-inspirée sur un aéroglisseur miniature totalement actionné, qui lui permet de naviguer dans le plan horizontal d'un tunnel inconnu. L'élaboration de ce pilote automatique, nommé LORA, fait suite aux études éthologiques menées sur l'abeille depuis ces dernières décennies et nous ont amené à énoncer le principe de la régulation du flux optique pour le contrôle du vol de croisière. Ce pilote automatique est un double régulateur de flux optique latéral constitué de deux boucles visuo-motrices interdépendantes contrôlant conjointement la vitesse d'avance et la position du robot par rapport aux obstacles sans avoir à mesurer ou estimer aucun de ces paramètres. La clé de voûte de ce système de guidage est une troisième boucle destinée à maintenir le cap grâce à un micro-gyromètre et un micro-compas magnétique permettant au robot d'effectuer des mouvements de translation qui génèrent sur son œil composé artificiel du flux optique de translation, seul dépendant du ratio vitesse/distance aux obstacles. Cet œil estime le flux optique grâce à ses deux ou quatre Détecteurs élémentaires de mouvement (total de 4 ou 8 pixels). L'aéroglisseur est alors capable de franchir sans collision, à la manière d'une abeille, divers tunnels : droit, fuselé ou présentant une pente, un virage, une absence de texture sur un mur ou même une zone non-stationnaire. Cette stratégie visuelle bio-inspirée fournit non seulement une solution de navigation élégante à destination de robots totalement actionnés mais elle permet aussi d'expliquer comment une abeille de 100mg peut naviguer sans l'aide de SONAR, RADAR, LIDAR, ou GPS
In this work, we present for the first time a bio-inspired motion vision-based navigation strategy embedded on a miniature fully-actuated hovercraft allowing it to navigate safely on the horizontal plane of an unknown corridor. The design of this autopilot, called LORA, follows the ethological findings made on honeybees these last decades, which led us to elaborate the principle of the optic flow regulation which might be used by insects to control their flight. The bee-inspired LORA autopilot is a dual optic flow regulator which consists in two intertwined visuomotor feedback loops which control jointly the forward speed of the robot and its clearance to the obstacles. The keystone of this bio-inspired guidance system is a heading-lock system enabling the robot to move in translations and therefore experience a purely translational optic flow which depends only on the ratio speed/clearance to obstacles thanks to a micro-gyrometer and a micro-magnetic compass. The estimation of optic flow is made by a minimalist compound eye, made of two or four Elementary Motion Detectors (only 4 or 8 pixels). The hovercraft is therefore able to cross without crashing a straight or a tapered corridor, presenting a frontal sloping terrain, a bend, a textureless wall, or even a non-stationary section by automatically adapting both its forward speed and its clearance to the walls imitating the honeybee. This bio-inspired visual strategy not only provides an elegant navigation solution in an unknown environment aimed to equip fully-actuated miniature vehicles but also to explain how a 100mg honeybee can navigate with few computational ressources, i.e., without any SONAR, RADAR, LIDAR or GPS

Ce travail porte sur la conception d’un système capable d’effectuer des manœuvres de parking automatique plus polyvalent que ceux actuellement commercialisés, tout en conservant une définition technique des capteurs extéroceptifs limités en prix et en gabarit. Un cas d’usage typique est de permettre au véhicule de se rendre automatiquement dans la zone de garage du domicile de son propriétaire, cette fonction est classiquement appelée voiturier autonome à domicile. Partant de l’existant et connaissant les performances attendues, une architecture système et une architecture fonctionnelle ont été tracées. Cela a permis de constituer un ensemble de fonctions interconnectées qui ont participé dans la création d’une architecture software modulaire ainsi que dans la création des interfaces de connexion au véhicule prototype. Dans un premier temps, nous explorons la problématique de la détection d’obstacles. Partant d’un système propriétaire fermé de capteurs ultrason, nous avons réussi à réaliser une carte d’obstacle à un niveau de précision supérieur au produit d’origine. Une augmentation de la limite de détection des capteurs ultrason a été réalisée utilisant une technique Structure from Motion. Ces informations d’occupation ont été exploitées par la suite pour traiter la problématique de détection du couloir de navigation. Dans un second temps, la fonction de localisation du véhicule est abordée. Trois techniques de localisation collaborent pour une robustesse de fonctionnement continu : la localisation odométrique, la localisation par appariement des grilles d’occupation et la localisation par appariement entre une image actuelle et une base d’images adaptée à notre besoin et améliorée en termes de temps de calcul. Enfin, nous nous sommes intéressés à la problématique de navigation du véhicule. Nous avons considéré résolue la problématique de contrôle des actionneurs pour le suivi d’une trajectoire donnée et nous nous sommes concentrés sur la création d’une trajectoire admissible. Nous avons développé une technique de planification locale pour l’évitement d’un d’obstacles non cartographiés. Pour la construction de trajectoire nous avons utilisé des courbes à géométrie connue et avons montré qu’en utilisant trois clothoïdes et éventuellement deux arcs de cercle (si le braquage maximal est atteint) il est possible de créer des trajectoires à courbure continue adaptées à notre situation. Nous avons montré que l’utilisation d’une carte d’obstacles nous permet de prédire plus en avance de la possibilité d’emprunter un certain couloir de navigation. Chacune des parties de ce travail a fait l’objet de validations en simulation mais aussi sur des données réelles démontrant la pertinence des approches proposées quant à l’application visée
This work covers the conception of a system capable to do automatic parking maneuvers more versatile than those already commercialized, respecting the technical definition of exteroceptive sensors limited by costs and weight. A typical use case is to set a vehicle to park autonomously in the parking lot of a home, function generally called autonomous home valet parking. Taking from the existing and knowing the expected performances, a system architecture and a functional architecture were drawn. This allowed to compose an assembly of interconnected functions that participated in the creation of modular software architecture, as well as in the creation of connection interfaces with the prototype vehicle. First, we explored the obstacle detection problem. Having a closed property system with ultrasonic sensors, we managed to build an obstacle map with a higher precision level than the build-in product. An increasing limit detection of the ultrasonic sensors was developed using the Structure from Motion technique. This obstacle occupancy information was exploited afterwards in order to solve the detection problem of the navigation corridors. Second, the vehicle localization is addressed. Three localization techniques work for a continuous functioning robustness: the localization by odometry, the localization by occupancy grid map matching and the localization by comparing the current image with the images stored in a database adapted to our needs and improved by computing means. Last, we interested in the vehicle navigation problem. We considered solved the actuator control problem for the tracking of a given trajectory and we concentrated on an admissible trajectory planning. We developed a local path planning technique for avoiding the unmapped obstacles. In order to build the trajectory we used curves of known geometry and we proved that by using clothoides and eventually two circle arches (if maximum steering angle achieved) it is therefore be possible to create trajectories with continuous curves adapted to our situation. We confirmed that using an obstacle map will allow us to predict forehead the possibility to take a specific navigation corridor. Each part of this work was validated in simulation as well as on real data, proving the pertinence of the proposed approaches for the intended application

Dans un contexte industriel aéronautique où les problématiques de sécurité constituent un facteur différentiateur clé, l’objectif de cette thèse est de répondre à la problématique ambitieuse de la réduction des accidents de type opérationnel. Les travaux de recherche s’inscrivent dans le domaine des systèmes d’alarmes pour l’évitement de collision qui ne font pas une analyse approfondie des solutions d’évitement par rapport à la situation de danger. En effet, les situations d’urgence en vol ne bénéficient pas à ce jour d’une représentation et d’un guide des solutions associées formels. Bien que certains systèmes d’assistance existent et qu’une partie de la connaissance associée aux situations d’urgence ait pu être identifiée, la génération dynamique d’une séquence de manœuvres sous fortes contraintes de temps et dans un environnement non connu à l’avance représente une voie d’exploration nouvelle. Afin de répondre à cette question et de rendre objective la notion de danger, les travaux de recherche présentés dans cette thèse mettent en confrontation la capacité d’évolution d’un aéronef dans son environnement immédiat avec une enveloppe physique devenant contraignante. Afin de mesurer ce danger, les travaux de recherche ont conduit à construire un module de trajectoires capable d’explorer l’espace en 3D. Cela a permis de tirer des enseignements en terme de flexibilité des manœuvres d’évitement possibles à l’approche du sol. De plus l’elicitation des connaissances des pilotes et des experts d’Airbus Helicopters (ancien Eurocopter) mis en situation d’urgence dans le cas d’accidents reconstitués en simulation a conduit à un ensemble de paramètres pour l’utilisation de la méthode multicritère PROMETHEE II dans le processus de prise de décision relatif au choix de la meilleure trajectoire d’évitement et par conséquent à la génération d’alarmes anti-collision
In the aeronautics industrial context, the issues related to the safety constitute a highly differentiating factor. This PhD thesis addresses the challenge of operational type accident reduction. The research works are positioned and considered within the context of existing alerting equipments for collision avoidance, who don’t report a thorough analysis of the avoidance manoeuvres with respect to a possible threat. Indeed, in-flight emergency situations are various and do not all have a formal representation of escape procedures to fall back on. Much of operational accident scenarios are related to human mistakes. Even if systems providing assistance already exist, the dynamic generation of a sequence of manoeuvres under high constraints in an unknown environment remain a news research axis, and a key development perspective. In order to address this problematic and make the notion of danger objective, the research works presented in this thesis confront the capabilities of evolution of an aircraft in its immediate environment with possible physical constraints. For that purpose, the study has conducted to generate a module for trajectory generation in the 3D space frame, capable of partitioning and exploring the space ahead and around the aircraft. This has allowed to draw conclusions in terms of flexibility of escape manoeuvres on approach to the terrain. Besides, the elicitation of the Airbus Helicopters (former Eurocopter) experts knowledge put in emergency situations, for reconstituted accident scenarios in simulation, have permitted to derive a certain number of criteria and rules for parametrising the multicriteria method PROMETHEE II in the process for the relative decision-making of the best avoidance trajectory solution. This has given clues for the generation of new alerting rules to prevent the collisions

Cette thèse s'intéresse au problème de la navigation autonome au long cours de robots mobiles à roues dans des environnements dynamiques. Elle s'inscrit dans le cadre du projet FUI Air-Cobot. Ce projet, porté par Akka Technologies, a vu collaborer plusieurs entreprises (Akka, Airbus, 2MORROW, Sterela) ainsi que deux laboratoires de recherche, le LAAS et Mines Albi. L'objectif est de développer un robot collaboratif (ou cobot) capable de réaliser l'inspection d'un avion avant le décollage ou en hangar. Différents aspects ont donc été abordés : le contrôle non destructif, la stratégie de navigation, le développement du système robotisé et de son instrumentation, etc. Cette thèse répond au second problème évoqué, celui de la navigation. L'environnement considéré étant aéroportuaire, il est hautement structuré et répond à des normes de déplacement très strictes (zones interdites, etc.). Il peut être encombré d'obstacles statiques (attendus ou non) et dynamiques (véhicules divers, piétons, ...) qu'il conviendra d'éviter pour garantir la sécurité des biens et des personnes. Cette thèse présente deux contributions. La première porte sur la synthèse d'un asservissement visuel permettant au robot de se déplacer sur de longues distances (autour de l'avion ou en hangar) grâce à une carte topologique et au choix de cibles dédiées. De plus, cet asservissement visuel exploite les informations fournies par toutes les caméras embarquées. La seconde contribution porte sur la sécurité et l'évitement d'obstacles. Une loi de commande basée sur les spirales équiangulaires exploite seulement les données sensorielles fournies par les lasers embarqués. Elle est donc purement référencée capteur et permet de contourner tout obstacle, qu'il soit fixe ou mobile. Il s'agit donc d'une solution générale permettant de garantir la non collision. Enfin, des résultats expérimentaux, réalisés au LAAS et sur le site d'Airbus à Blagnac, montrent l'efficacité de la stratégie développée
This thesis is directed towards the autonomous long range navigation of wheeled robots in dynamic environments. It takes place within the Air-Cobot project. This project aims at designing a collaborative robot (cobot) able to perform the preflight inspection of an aircraft. The considered environment is then highly structured (airport runway and hangars) and may be cluttered with both static and dynamic unknown obstacles (luggage or refueling trucks, pedestrians, etc.). Our navigation framework relies on previous works and is based on the switching between different control laws (go to goal controller, visual servoing, obstacle avoidance) depending on the context. Our contribution is twofold. First of all, we have designed a visual servoing controller able to make the robot move over a long distance thanks to a topological map and to the choice of suitable targets. In addition, multi-camera visual servoing control laws have been built to benefit from the image data provided by the different cameras which are embedded on the Air-Cobot system. The second contribution is related to obstacle avoidance. A control law based on equiangular spirals has been designed to guarantee non collision. This control law, based on equiangular spirals, is fully sensor-based, and allows to avoid static and dynamic obstacles alike. It then provides a general solution to deal efficiently with the collision problem. Experimental results, performed both in LAAS and in Airbus hangars and runways, show the efficiency of the developed techniques

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 simulations
The 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

L'auteur n'a pas fourni de résumé en français
This thesis focuses on semi-autonomous wheelchair navigation. We aim to design asystem respecting the following constraints.Safety: The system must avoid collisions with objects and specially with humans present in the scene.Usability: People with motor disabilities and elders often have problems using joysticks and other standard control devices. The use of more sophisticated and human-like ways of interacting with the robot must be addressed to improve the acceptance and comfort for the user. It is also considered that the user could just be able to move one finger and so the request of human intervention should be as reduced as possible to accomplish the navigation task.Compliance:} The robot must navigate securely among obstacles while reducing the frustration caused to the user by taking into account his intentions at different levels; final destination, preferred path, speed etc.Respect of social conventions: When moving, the robot may considerably disturb people around it, especially when its behavior is perceived as unsocial. It is thus important to produce socially acceptable motion to reduce disturbances. We will also addresses the issue of determining those places where the robot should be placed in order become part of an interacting group.In this work we propose to estimate the user's intention in order to reduce thenumber of necessary commands to drive a robotic wheelchair and deal withambiguous or inaccurate input interfaces. In this way, the wheelchair can be incharge of some part of the navigation task and alleviate the user involvement.The proposed system takes into account the user intention in terms of the finaldestination and desired speed. At each level, the method tries to favor themost ``reasonable'' action according to the inferred user intention.The user intention problem is approached by using a model of the user based onthe hypothesis that it is possible to learn typical destinations (those wherethe user spends most of his time) and use this information to enhance theestimation of the destination targeted by the user when he is driving therobotic wheelchair.A probabilistic framework is used to model the existent relationship betweenthe intention of the user and the observed command. The main originality of theapproach relies on modeling the user intentions as typical destinations and theuse of this estimation to check the reliability of a user's command to decidehow much preeminence it should be assigned by the shared controller whenmanaging the robot's speed.The proposed shared-control navigation system considers the direction of thecommands given by the user, the obstacles detected by the robot and the inferreddestination to correct the robot's velocity when necessary. This system is basedon the dynamic window approach modified to consider the input given by the user,his intention, the obstacles and the wheelchair's dynamic constraints tocompute the appropriate velocity command.All of the results obtained in this thesis have been implemented and validatedwith experiments, using both real and simulated data. Real data has beenobtained on two different scenarios; one was at INRIA's entry hall and the otherat the experimental apartment GERHOME

L'objectif de cette thèse est de définir puis d'étudier les performances de méthodes de guidage coopératif de véhicules aériens autonomes. L'intérêt du guidage coopératif est de confier une mission complexe à une flotte, plutôt qu'à un véhicule unique, afin de distribuer la charge de travail et d'améliorer les performances et la fiabilité. Les lois de guidage étudiées sont distribuées sur l'ensemble des véhicules afin d'une part, de répartir la charge de calcul et d'autre part, d'augmenter la fiabilité en éliminant la possibilité de perte de l'organe central de calcul de la commande.La première partie de la thèse porte sur les possibilités offertes par la règle des plus proches voisins. La loi de guidage développée consiste à ce que la commande de chaque véhicule soit élaborée en combinant les états des véhicules voisins. Afin de transmettre des consignes au groupe de véhicules, des objets dénommés agents virtuels sont introduits. Ceux-ci permettent de représenter des obstacles, d'indiquer une direction ou une cible au groupe de véhicules en utilisant des mécanismes déjà présent dans la loi de guidage.La seconde partie de la thèse porte sur les possibilités offertes par la commande prédictive. Ce type de commande consiste à employer un modèle du comportement du système afin de prédire les effets de la commande, et ainsi de déterminer celle qui minimise un critère de coût en respectant les contraintes du système. La loi de guidage développée emploi un critère de coût tenant compte et arbitrant entre les différents aspects de la mission (sécurité, progression de la mission, modération de la commande), et une procédure de recherche de la commande utilisant jeu prédéfinis de commandes candidates afin d'explorer l'espace de commande de manière efficace. Cette procédure, distincte des algorithmes d'optimisation habituels, génère une charge de calcul faible et constante, ne nécessite pas d'étape d'initialisation et est très peu sensible aux minima locaux.

La robotique mobile autonome est un axe de recherche qui vise à donner à une machine la capacité de se mouvoir dans un environnement sans assistance ni intervention humaine. Cette thèse s’intéresse à la partie décisionnelle de la navigation robotique à savoir la planification de mouvement pour un robot mobile non-holonome, pour lequel, la prise en compte des contraintes cinématiques et non-holonomes est primordiale. Aussi, la nécessité de considérer la géométrie propre du robot et la bonne maîtrise de l’environnement dans lequel il évolue constituent des contraintes à assurer. En effet la planification de mouvement consiste à calculer un mouvement réalisable que doit accomplir le robot entre une position initiale et une position finale données. Selon la nature de l’environnement, notamment les obstacles qui s’y présentent, deux instances du problème se distinguent : la planification de chemin et la planification de trajectoire. L’objectif de cette thèse est de proposer de nouveaux algorithmes pour contribuer aux deux instances du problème de planification de mouvement. La méthodologie suivie repose sur des solutions génériques qui s’appliquent à une classe de systèmes robotiques plutôt qu’à une architecture particulière. Les approches proposées intègrent les B-splines Rationnelles non uniformes (NURBS) dans le processus de modélisation des solutions générées tout en s’appuyant sur la propriété de contrôle local, et utilisent les algorithmes génétiques pour une meilleure exploration de l’espace de recherche.

La génération de chemins lisses pour les voitures intelligentes est l’une des conditions les plus importantes pour faire accepter et faciliter la navigation autonome de ces véhicules. Cette thèse propose plusieurs méthodes de génération de chemins lisses pour les véhicules non-holonomes qui permet une continuité intrinsèque de la courbure de navigation et offre par ailleurs une flexibilité accrue pour diverses conditions aux limites. Le chemin de courbure continue est construit en composant plusieurs clothoids, comprenant notamment des segments de lignes et/ou d’arcs, et où chaque clothoid est obtenue par une régulation appropriée de ses paramètres. À partir de ces propriétés, le chemin obtenu est nommé pCCP (parametric Continuous Curvature Path). Le pCCP fournit un diagramme de courbure qui facilite une commande en orientation du véhicule, ce qui permet d'obtenir une évolution lisse de sa trajectoire. Le problème du pCCP local est défini par des configurations initiales et finales (caractérisées pour chacune par une posture et un angle de braquage). Le problème a été étendu pour être aussi général que possible en incluant plusieurs cas. La génération locale de pCCPs, pour des cibles statiques, est spécifiquement décrite, les problèmes ont été divisés en trois problèmes et chaque problème a été décomposé par la suite en plusieurs sous-classes possibles. Pour avoir une flexibilité importante des pCCPs proposés, des cibles dynamiques ont été considérées, obtenant ainsi le dynamic-pCCP (d-pCCP). Un cadre simple mais efficace pour analyser l'état futur de l'évitement des obstacles est appliqué en configuration 4D (3D avec l’ajout d’un axe temporel) en mettant en exergue deux manoeuvres d’évitement possibles, car les évolutions avant et arrière sont appliquées et validées avec plusieurs exemples. Selon une méthodologie similaire pour atteindre les critères de performance liés à la génération des pCCPs, le h-CCP (pour human-pCCP) est proposé en utilisant des modèles expérimentaux comportementaux d’échantillons de conducteurs humains. À partir de quelques sous-expériences, le modèle de conduite humain pour l’évitement d’obstacles, les changements de voie et les mouvements en virage sont extraits et ces modèles ont été inclus pour créer ainsi le h-CCP (obtenu d’une manière similaire au pCCP mais avec différents critères d’optimisation) qui permet d’améliorer considérablement le confort des passagers
Smooth path generation for car-like vehicles is one of the most important requisite to facilitate the broadcast use of autonomous navigation. This thesis proposes a smooth path generation method for nonholonomic vehicles which has inherently continuity of curvature and having important flexibility for various boundary conditions. The continuous curvature path is constructed by composing multiple clothoids including lines and/or arc segments, and where each clothoid is obtained by parameter regulation. From those properties the path is named pCCP (parametric Continuous Curvature Path) and provides curvature diagram which facilitates a smooth steering control for path following problem. Local pCCP problem is defined by initial and final tuple configurations (vehicles posture and steering angle). The problem is expanded to be as general as possible by including several cases. The local pCCP generation for steady target pose is specifically described, where the problem is divided into three problems and each problem is also decomposed into several sub-cases. To give more flexibility to the proposed pCCP, dynamic target is considered to obtain dynamic-pCCP (d-CCP). A simple but efficient framework to analyze the future status of obstacle avoidance is applied in 4D (3D with the addition of time axis) configuration and two avoidance maneuvers as front and rear avoidance are applied and validated with several examples. Under the similar methodology in performance criteria of pCCP generation, the human-CCP (h-CCP) is derived from experimental patterns of human driver samples. From several subexperiments, human driving pattern for obstacle avoidance, lane change and cornering motion are extracted and those pattern were included to make the h-CCP (which is obtained with similar way as pCCP but with different optimization criteria) to enhance considerably the passenger comfort

Ce travail aborde le problème de l’autorité de contrôle partagée entre les conducteurs et système de conduite autonome sans retour haptique utilisant la fusion des entrées de conduite. Le développement d’une autorité de contrôle partagée est divisé en différentes étapes : cadre de contrôle partagé, évaluation des facteurs de conduite, prévision du comportement de conduite, processus de fusion, etc. La résolution des conflits est la stratégie de haut niveau introduite dans le cadre permettant de réaliser la fusion. Les entrées de conduite sont évaluées en fonction de différents facteurs tels que le risque de collision, la limitation de vitesse, la prévention de voie / départ, etc., sous la forme d’un degré de confiance dans l’admissibilité d’une entrée de conduite à l’aide de données de capteur. La résolution de conflit est ciblée pour un horizon temporel particulier dans le futur en utilisant une prédiction d’entrée de conduite basée sur un capteur utilisant des réseaux de neurones. Un jeu non coopératif à deux joueurs (comprenant l’admissibilité et l’intention de conduite) est défini comme représentant la résolution du conflit comme un problème de négociation. L’entrée motrice finale est calculée en utilisant l’équilibre de Nash. La stratégie de contrôle partagé est validée à l’aide d’un banc d’essai intégré aux logiciels Simulink et IPG CarMaker. Divers aspects de la stratégie de contrôle partagé, tels que l’accent mis sur l’homme, la prévention des collisions, l’absence de toute information sur la conduite, l’affinement de la conduite manuelle, etc., ont été inclus dans le processus de validation
Road traffic accidents have always been a concern to the driving community which has led to various research developments for improving the way we drive the vehicles. Since human error causes most of the road accidents, introducing automation in the vehicle is an efficient way to address this issue thus making the vehicles intelligent. This approach has led to the development of ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) functionalities. The process of introducing automation in the vehicle is continuously evolving. Currently the research in this field has targeted full autonomy of the vehicle with the aim to tackle the road safety to its fullest potential. The gap between ADAS and full autonomy is not narrow. One of the approach to bridge this gap is to introduce collaboration between human driver and autonomous system. There have been different methodologies such as haptic feedback, cooperative driving where the autonomous system adapts according to the human driving inputs/intention for the corrective action each having their own limitations. This work addresses the problem of shared control authority between human driver and autonomous driving system without haptic feedback using the fusion of driving inputs. The development of shared control authority is broadly divided into different stages i.e. shared control framework, driving input assessment, driving behavior prediction, fusion process etc. Conflict resolution is the high level strategy introduced in the framework for achieving the fusion. The driving inputs are assessed with respect to different factors such as collision risk, speed limitation,lane/road departure prevention etc in the form of degree of belief in the driving input admissibility using sensor data. The conflict resolution is targeted for a particular time horizon in the future using a sensor based driving input prediction using neural networks. A two player non-cooperative game (incorporating admissibility and driving intention) is defined to represent the conflict resolution as a bargaining problem. The final driving input is computed using the Nash equilibrium. The shared control strategy is validated using a test rig integrated with the software Simulink and IPG CarMaker. Various aspects of shared control strategy such as human-centered, collision avoidance, absence of any driving input, manual driving refinement etc were included in the validation process

L’objectif de cette thèse est de jeter un éclairage sur ce qui influence une personne, ayant peur d’être abandonnée, à s’automutiler. Les modèles psychologiques des relations d’objet et de l’attachement ont montré empiriquement que la peur de l’abandon, via les concepts de l’anxiété d’attachement et de la dépendance, est associée à l’automutilation. Cependant, la nature de cette relation n’a jamais été approfondie. Après avoir défini et mis en contexte la notion d’automutilation, une explication théorique est proposée à l’aide des approches des relations d’objet, de l’attachement et de l’évitement expérientiel des fonctions de l’automutilation, afin de mieux comprendre ce qui influencerait une personne dépendante à s’automutiler. La présente thèse suggère que les individus dépendants et ayant peur d’être abandonnés s’automutileraient afin de gérer leurs émotions négatives liées à la perception d’un abandon, d’une séparation ou d’un rejet. Cette influence de l’automutilation se ferait, théoriquement, à travers des fonctions de régulation intrapersonnelle et interpersonnelle, telles que la régulation affective, l’autopunition et l’influence interpersonnelle, mais également par une fonction d’évitement de l’autonomie. Ces fonctions permettraient de préserver les représentations internes d’une relation de dépendance et ainsi réduire les sentiments subjectifs de l’abandon. Pour appuyer empiriquement ces propositions, 58 participants consultant en clinique externe de psychologie ont, entre autres, complété le Questionnaire des expériences dépressives (DEQ), l’Inventaire d’énoncés sur l’automutilation (ISAS) et l’Entrevue diagnostique révisée pour les troubles limites de la personnalité (DIB-R). Les résultats montrent qu’une dépendance, de type anaclitique, et la fréquence de l’automutilation sont associées et que leur relation peut s’expliquer par les effets médiateurs des difficultés sur les plans affectifs et interpersonnels. En outre, la dépendance anaclitique apparaît être liée spécifiquement à différentes fonctions de l’automutilation, soit symboliser la détresse interne, l’antidissociation, l’influence interpersonnelle ainsi que l’évitement de l’autonomie. Ces résultats suggèrent que la dépendance anaclitique favorise l’expérience de difficultés affectives et interpersonnelles qui augmentent la fréquence de l’automutilation. En outre, ils suggèrent que l’automutilation, associée à ce type de dépendance, servirait à réguler des états affectifs internes, influencer l’environnement interpersonnel et éviter l’autonomie. Quant à elles, la régulation affective et l’autopunition sont présentes chez une majorité des personnes qui s’automutilent, sans égard à leur niveau de dépendance. Ainsi, si ces fonctions sont bien liées théoriquement à la dépendance derrière l’automutilation de certains individus, les analyses rappellent qu’elles contribuent également à l’automutilation chez des personnes n’ayant pas de crainte particulière de l’abandon.
The objective of this thesis is to shed light on what may lead a dependent person who fears abandonment to engage in self-injury. Psychological models of object relations and attachment have shown that self-injury is empirically associated with fear of abandonment via dependency and attachment anxiety. However, the nature of this relationship has yet to be thoroughly explained. Having defined and contextualised self-injury, a theoretical explanation is proposed through object relations, attachment and experiential avoidance functions of self-injury, all with the goal of better understanding what can influence a dependent individual to self-injure. This thesis suggests that individuals who are dependent and afraid of being abandoned might use self-injury to regulate negative emotions associated with their perception of abandonment, separation or rejection. Theoretically, this influence of self-injury could occur through intrapersonal and interpersonal functions, such as affect regulation, self-punishment and interpersonal influence, as well as autonomy avoidance. These functions might serve to protect internal representations of dependence and thus, reduce subjective feelings of abandonment. To test these theoretical proposals, 58 outpatient participants completed, among other measures, the Depressive Experiences Questionnaire (DEQ), the Inventory of Statements About Self-Injury (ISAS) and the Revised Diagnostic Interview for Borderlines (DIB-R). Results showed a relationship between anaclitic neediness and self-injury frequency, which was explained by mediator effects of both affective and interpersonal problems. Furthermore, this type of dependency was found to be specifically associated with marking distress, anti-dissociation, interpersonal influence and autonomy avoidance functions of self-injury. These findings suggest that anaclitic neediness favours the experience of affective and interpersonal difficulties, which in turn increase the frequency of self-injury. Results also suggested that self-injury associated with this type of dependency might serve to regulate internal affective states, to influence the interpersonal environment and to avoid autonomy. Affect regulation and self-punishment functions were endorsed by the majority of individuals who self-injured, regardless of their level of dependence. While these two functions are associated in theory to dependency issues that underpin self-injury for some individuals, analyses indicated that these functions also contribute to self-injury behaviour in people who do not fear abandonment specifically.