Institut National Polytechnique de Toulouse
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Institut National Polytechnique de Toulouse ENSEEIHT Ecole doctorale EDSYS Selection et controle de modes de deplacement pour un robot mobile autonome en environnements naturels THESE presentee et soutenue publiquement le 18 juillet 2006 pour l'obtention du Doctorat de l'Institut National Polytechnique de Toulouse (specialite systemes automatiques) par Thierry Peynot Composition du jury Rapporteurs : Philippe Bidaud Professeur, Universite Paris 6 Bernard Dubuisson Professeur, Universite de Technologie de Compiegne Examinateurs : Catherine Tessier Ingenieur de recherche, ONERA-CERT Ronald C. Arkin Professeur, Georgia Institute of Technology, USA Simon Lacroix Charge de Recherche, LAAS-CNRS Directeur de thèse : Raja Chatila Directeur de Recherche, LAAS-CNRS Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systemes — UPR CNRS

  • universite de technologie de compiegne

  • unique nom dans le champ auteur du document

  • directeur de thèse o?ciel

  • cadre de travail

  • ingenieur de recherche


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Publié le 01 juillet 2006
Nombre de lectures 35
Langue Français
Poids de l'ouvrage 3 Mo

Exrait

Institut National Polytechnique de Toulouse
´ENSEEIHT Ecole doctorale EDSYS
S´election et contrˆole de modes de
d´eplacement pour un robot mobile
autonome en environnements naturels
`THESE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le 18 juillet 2006
pour l’obtention du
Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Toulouse
(sp´ecialit´e syst`emes automatiques)
par
Thierry Peynot
Composition du jury
Rapporteurs : Philippe Bidaud Professeur, Universit´e Paris 6
Bernard Dubuisson Professeur, Universit´e de Technologie de Compi`egne
Examinateurs : Catherine Tessier Ing´enieur de recherche, ONERA-CERT
Ronald C. Arkin Professeur, Georgia Institute of Technology, USA
Simon Lacroix Charg´e de Recherche, LAAS-CNRS
Raja Chatila Directeur de Recherche, LAAS-CNRS
Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Syst`emes — UPR CNRS
:th?seDiredecteurRemerciementsApr?squelquesquiestnotrequatred'?treann?esrtidelerecpherc?n?ci?heesem?esdend'emlabo?camhes,jaleourmomentht'end'?crireetcesMatthieuquelquesmonlignestarrivrigueure?t?umntelspeteudanscomme1uneSimonlibet?ration,uetprevle?etetunUSA)caract?remad'unetoimptalortancesourcetouteauxpar-?ticuli?rela?auronmespropremenyconeux,scommetousbienunsouv.enenseignementourauxcesyratoire,euxdudualecteur.th?seTdeoutd'abdonordcescarherccetteet?tapougeree,estang?n?ralemenortes.tdeuxeectu?eetuneTfois(Georgialaaccept?th?seerr?dig?emesetfsoutenbue,ledoncotspbourpriainsiMercidiredutermin?e.?lectroniciens.Celaksignied'quelaleqpluspdurplaceestn'afait,qu'?aunevtaleecdouteuneaussiconcltsusionort?(malgr?momentout)e,g?n?ralemendettplut?tersit?pArticielleositivve,deetvplabermet?unerespr?dactionedanspuneoiratmosph?redirecteurplusMercid?tendencadranueth?se,quecolorscdeslibderni?resj'aisemainesourdevlader?dactionSon(enuparticulier.motiv.faire.).robD'autrecommpartencaroilqs'agitdeuxnalemen?gattdeorteursladpartieDubuissonlexaminateursa(ONEplusC.pecersonnellevdupm?moireidejuryth?se,TcelletsquiSara,pneutrnerdonneretunpeexpindicationlessurfaitlavis)petersonnalit?motivdecipalesonvauteur,enlestecconditi,oetngrandsPdansdonlesquellesdestielaaleth?se?tencea(et?t?tique.eectu?e,elquesencadr?een(sidetelmis?taitienlequecas.ait.Ne.),titre,etestsoutenortanceudameeneparnunlui-m?meennimiser.tourage.g?n?ralOnpditIsouvtenaidet?queparfoismalgr?Viviane,laThierrypr?sencequatred'unm'onunique?nomassurerdans?leRobctellhamppauteurm'aduoirdoermiscumenr?alisert,traunauxtelcetraovetailRan'aChatila,pasonsable?t?groupr?alis?RIAseul,,etourn'auraitvpuaccept?existermonsansdel'ociel.a?iLacroix,de,tlecettesoutienpetsalanconantributioned'autreslapert?ersonnes.tPbourpquiconquemeneratrayaanxtrecd?j?he.aronent?ocettesiasme?psareuvatione,ourcelabpleseuotsttoujourssemunicativblerm?meunenelapalissade,vmaisyiltestudestrevp?rit?sMerciquilsonmentauxtoujoursrappbPhilipponnesBidau?(LRP)direBernardet(UTC),m?meaux?Catheriner?pessier?ter.RA)DeRonaldplus,ArkinceTneh,sond'atoirpasdeforc?menatclesppauersonnesdelesth?se.plusous?videnremerciementes?quietonquitonalementtuapplaort?outiquelesrencotnossibletributionsc?t?et?rimensuppsurortsroblesquip(?lusafondamenlataux.eaut?Jelasouhaitedeainsiationremerciern-dedenomtrabreusesail.paussiersonnesg?n?ralqueservicesj'aihniques?t?LAASamen?don?Sysadminc?tolesyUnermercipMa?treendanatrictD.,cestquelquesmoann?esn'ade?gth?se,quequecompceetsoitremarquabledansrare)unsciencadreNosdeutrabrainstormingvtailparticulierouermisplusred?niramical,formalismeenenespb?ranplusttn'oubliercelapversonne.jamaisIlfait.estserait-ceencetendusaquetributionled'lecteurimpnefdevranliernaucunequ'il?cmanquerahaellesd'imppasortancede?il'ordreMercidansenlequel?appara?tronlestermanencesRdivAersm'auronnoms.appIluneseraitoudesoutientoutesdesmani?restsbiencritiques,d?risoirequedePhilippvououloirSseulemenCestann?esenth?seattribuertun.enP?galemenour?commencer,desmercits?l'univMalik1Ghallab,otiquedirecteurInduigenceLAAS-CNRSiPaulSabatier,donnantributionJean-Micrelecturet.blieumejorar?graciasd'autresvrencon:tres.etmicollabpas.orations!)d'impbreuxortance.r?exionsDansus,ceSylvcadre,ujeconsouhaiteYremercier!ptourqueleurCriticalaidethatettleuret/ousoutienbmesdecoseronlbiens,l?guesArnEmmanLudo,uelleJ.,Despnenaonmigos.tiun,gringo),G?rarderososMouneyhido/c,merciMictheltComexprimerbacau,MerciPhilippmeiationEsteban,ThanksViviane!Cadenat,impCyrildouBriandctoran,anPpartag?atricaiskremisesDan?sd?tenainsi!quettousfran-ceuxortuguais,aVince,vho,ecetit-Bonhomme,quiGaj'aiaulo,?t?o,amen?Elo?etramesvnousaillbienera?os?espa?oll'UPS.teMercilosaussiqueauxibcpasarlaollnot?gtsuuscriessoutienacvlesquellesecjamaisqupidois.j'aitouseu!laallcInc.hancePracticaldeadministrativtraallvexpaillerladanslaletecadrendudesprol?guesjeting?nieurs,R2M,aentout,particulierquil'?quipteetHylosts,2discussions,dunLRPts:et.ChristophedeGrand,principauxGuillaumed?j?Besseron,onFsoiena?zmexicains,Bencanadien,AmarbienetFTr?d?ric,PluLeomJ?r?meet.PiAuElcoursMa?tredeAkin,ceSylvttetath?seainsij'aimon?t?yamen?ecial,?Di.tragrandvqueridosailler?reenlongtempscollabTorationa?adiraestosvsirvieronecteunedel?quipespemexicanod'ungraciascenutremomendepasarlagenNASA,QueleereNASAustedes,AmesbuResearcehmesCenourter,usitu?etauconancecoeteur(bdequ'ilslaort?esSiliconth?seVnealleytenmaCalifornie,toutdanseler?sum?cadreeaucoupduMucprotojetvCDSh(Collab2orativeceAssoDecisionInSystems).rainingCettequestionsaes.vtoenfortureuniqueaerienced?but?Enn,enconf?vrierquotidienne2005,plusmarqu?eortanparvienunsanss?jouruldete2nommoiscol-etdodemits,surstagiaires,site,amisetvconcluetparadesecd?monstrationsj'aipubliquestanr?ussiesdelesons29mauvetmomen30deseptemetbrede2005.eCecause,futmomenunedeexpte?rience.tr?seaucoupenriccaf?hissanLestese?tplusieursprobablemenprecoinntsqu'ilsdetvue,cais,etcolomjecatalan,tiensp?ouremercierturctoutesCheflesAur?lie,pClaudiaersonnesrufa,quiol'onNactLuis,p,ermiseain,et/ouPyEfrainonltrafa,tGeepPlato,avi?a,rtiJoan,chel,iPpMa?tre?.ainMerciGus-doncv?Martial,F?lix,qRaejaamieetdie,Simonunapespourunm'acertainev.oirUnaccord?mercileuramis,conanceaenJ'espmequeconanresteronstencettetact.missionam;puedo?ql'?quipeeultimosIDEA,meaparavbastanecmien(ademasparticulieringlessonypecialmenoumonelNicola!Muscettola,estomonaprincipalncollabmorateurbuenosChtosucpudekconFestimadaryte,eroamericana.ainsicquehevDafuevidconRijsmanamigosetLastPtaullTast,ompkins,?etparen?ptoutelal'?quipdemanCDStensurtoug?n?ral,leurdonettinconditionnels,sontanmeneurdeLiamonnes)Phosesedersenm'onainsiappqsansucetteen'existeraitVinhJeTsauraiocommenetleurJereytouteIglesias.gratitudeMerciouraussice?jChristileurnaEnStosic:(MCTb2?),!ShasoandosieThanksLauery(NASucA)toet!l'AIPTMission3Tphnologiesour3lesc(nomforbreusesternationaletTdicilesiiAKatPat,leungrandvoulaittravailoild'unquipdeveniretitpoplusrteiliiiivTabledesmati?res...Tdalit?sableUnde1.3.1s.gures.xi.Intirertro.duction.g?n?ral.e.Chapitre.1.Con.texte.et.p.ositionnemen.tF1.1vironnemenNa.vigation.autonome16d'un.rob.otparmobileortemenen.enduvironnemen.td'?cnaturel.................5de1.1.1repr?senPrincip.e.g?n?raldes.......syst?mes.......Com.-mo...Appro.......Le...................malheurs.....Le?o........51.61.1.2.Applications........s?lection...erception.de.........1.3.2.ts.............Exemples.ulti-mo.............17.de.so.c.....17.hes6.1.1.3.Dicult?s.rencon.tr?es....18.jet...............1.5...................19.:.ortunit.........20.s7.1.2.Syst?mes.de.lo.comotion............................Chapitre.de.mo.t.12.P.et.tation.l'en.t...............12.G?n?ration8d?placemen1.2.1.Le.syst?me.de.propulsion..................1.4.de.m.des...........................1.4.1.binaison8mo1.2.2senLerisyst?metrideesdirectionplanicateur.........1.4.2.c.comp.talistes.........................1.4.3.pro.EDEN.LAAS........9.1.2.3.Le.syst?me.de.susp.ension......19.Situations.hec.....................................1.5.1.exemple.les.d'Opp10y1.2.4.Exemples.de.rob.ots.mobiles.?.roues.p.our1.5.2lanlo?comotion.en.ext?rieur.......10.1.3.F.on.c.ti.o.n.nalit?s.de.na.vigation20.Conclusions.......................................22.2.ormalisme.la.de.de.d?placemen.vTabledes...mati?rR?sum?es.2.1.Notions.utilescomotionet.con.te.xte.du.formalisme..m...........en.acciden...caract?ristiques.o........................24.2.1.1deIn.tro.duction.au.diagnostic..Suivi.................62.....................Lo............24a2.1.2.Rapp.els.de.p3.2robabilit?s........47.FlatNav.....Na.oughNav.............59.es.....mo.........Roulemen......26.2.1.3.Mo.d?les.de.Mark.omov.cac.h?s3.4.................vigation...........................70.......3.1.228.2.2.P.ositionnemen.t.bibliographique..........mo.a.................Na.plat...........47.en.:........29512.2.1cDiagnostic.en.rob.otique.mobile.autonome......R?sum?.mo...........3.3.de..............29.2.2.262Conpurtr?le.actif.d'un.ro.v.er.par.MDP..P.................66.caract?ristiques.es...........de.des......33.2.2.3.Bilan..3.4.1.Lama...............3.4.2.Dala...............69.d'Hylos...............3.5......................34.2.3.Appro.c.he.prop.os?e43.Lam.......................................45.Les.des.n.vigation....................34.2.3.1.F.orm.ulation.classique.d'un3.2.1probl?mevigationd'estimationterrain.:.......................3.2.235vigation2.3.2terrainNotionst?d'observRation.et.de.mo.d?le.dynamique.dans.notre.application..3.2.3.de37hemins2.3.3.Estimation.conditionnell.e..........................3.2.4.des.des.d.....................6038Les2.3.4desObservlationscomotion:.informations.de.con.texte........................3.3.1.t............40.2.3.5.Informations.de.comp.ortemen.t.et.transitions......3.3.2.?ristaltisme........................40.2.4.Conclusion......3.3.3.des.des.d.....................67.Exemples.syst?mes.ulti-mo...........................68.Lo.de........42.Chapitre.3.Mo.des.de.d?placemen.t.3.1.Pr?sen.tation.des68plates-formesNa.de.................................3.4.3.comotion.2..................43.3.1.1.Dala......69.Conclusion.........................................viChapitre4Lecon...texteSurvA:.Donn?es.terra.in.4.1.Etat(de.l'artcciden.....p.....omp.......................................5.2...5.2.1...comotion...si.....T........73.4.1.1.P.erception.du5.4terrain.par.sim.ulation.d'action....forme.............Moniteur...102.......e73.4.1.2.Autres.m?thodedes....5.2.2.......87.........90.errain.......e.........Mise...................l'A..75.4.2.Cartes93de.dicul.t?.(5.4.2difmap.)......96.........5.4.4.........additionnels.........(.....................d'ecacit?76lo4.2.1)Construction.d'une.difmap.brute....de.............de...............V.p........76.4.2.2.F.usion..D?tection.de.D.............5.3.1...................91.forme.................5.3.3................77.4.2.3eillanceModed?le)probabiliste.d'observ.ation........Sources.R.............e...................Mise..78.4.2.4.D?coupage.en.r?gions..........................5.5.................100.lo.o..........79.4.3.Carte.classi?e......................85.Moniteur.d.la.comotion.LEM.....................86.Indicateurs.coh?rence.vitesses..............80.4.3.1.Classication.sur86attributsMonitoringglo?om?triques............................5.2.3.ersion.m.li?e....80.4.3.2.Classication.sur.attributs.de.texture................5.3.d'A.t.T.(.A.)............81.4.4.Donn?es.additionnelles....91.Princip.......................................5.3.2.en..................82.4.4.1.Carte.de.tra.v.ersabil.it?.a?rienne92.Illustration...................................93.Surv.de.ttitu.(.tt82.4.4.2.Donn?es.initiales.fournies.p.ar.un.op.?rateur........5.4.1.d'erreurs.our.oughNav..................82.4.5.Strat?gie95dePrincipna.vigation.?.long.terme..............................5.4.3.en..................83.4.6.Conclusion............97.Illustration...................................100.Moniteurs............................83.Chapitre.5.Les5.5.1moniteursdedcalisationeLmocde)5.1.Princip.e.des.moniteurs..............viiTabledesA.1..mati?r.es.5.5.2.Autres.moniteurs......2.......La...de.....Conclusions...........?.mouv.jet...appliqu?.........6.3.4.........tributions102.5.6.Syn.th?se.des.moniteurs....Annexes.............Annexe.......de.....Les.......123.m?tho.....n?cessaire.......sup.........ectiv102.5.7.Conclusion................P...........des...........de.......Estimation.o.....et.pro.........135.du.emen........103119Chapitrer?sultats6.In.t?gration.et.exp.?.rimen.tationsD?marc6.1deSyst?me.m.ulti-mo.des.de.lol'expcomo.ti.o.n.de.Lama....6.3.5...................p.1..............105.6.1.1.Observ.ation.du.con.texte..............126.ectiv.....................A.lo.3D..............105.6.1.2.CompA.2ortemendet.et.moniteurs........131.d.t.optique.........Hylos.e.B.1.R2M...................6.3.1.s?lection106mo6.1.3eectivIllustrationt...................6.3.2.premiers...............................6.3.3.he.construction.cette.de........107.6.2.Syst?me.m.ulti-mo123desDedeertisena.vigation.de.Dala......................123.La.ervision................108.6.2.1.F.onctionnemen.t.du.syst?me.m.ul124ti-moetdesersp.es.Con..................................108.6.2.2.Exp125?rimenDiscussiontations.a.v.ec.m.oni.teur.seul..........................3.ersp.es............110.6.2.3.Moniteurs.com.bin?s.et.observ.ations.x?es.par.un.op.?.rateur127.Annexe.M?tho.de.calisation.Odom?trie......111.6.2.4.Observ.ations.issues.de.la.difmap..................129.Estimation.l'attitu.gr?ce.l'IMU....................117.6.3.DiscussionA.3.visuelle.e.emen.(.dom?trie.)...............132.B.2.l.pro.R2M.Le.jet......................................119viii

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