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Résumé

Ce mémoire, rédigé en vue de l'obtention du diplôme d'Habilitation à Diriger les Recherches, présente une synthèse des activités de recherche de Mr Philippe Souères . Le thème principal de l'étude est la commande de robots mobiles. Les trois premières parties du rapport traitent de la commande des robots à roues, alors que la quatrième est consacrée à la commande d'un ballon dirigeable. Plusieurs résultats relatifs à la mise en ¿uvre de techniques de commande optimale sont présentés dans la première partie. Ils concernent la résolution de problèmes d'optimisation en temps et en longueur pour différents modèles de robots à roues. Le problème est tour à tour considéré dans l'espace libre puis en présence d'obstacles. La seconde partie est dédiée à la synthèse de lois de commande de suivi de chemin, en boucle fermée sur la configuration courante du véhicule. Cette approche repose sur une étape de localisation du robot par rapport à un référentiel fixe. Les résultats présentés permettent d'apporter des solutions à trois questions importantes : la robustesse de la commande par rapport aux erreurs de localisation, l'évitement d'obstacles durant la phase transitoire du suivi, et la prise en compte de la contrainte de giration. La troisième partie traite de la commande référencée multi-capteurs. Plusieurs méthodes sont proposées pour réaliser une tâche canonique de navigation sur la base de données provenant d'une caméra CCD et d'un télémètre laser. Ces résultats montrent qu'il est possible de réaliser des stratégies de navigation complexes au moyen de la régulation de données capteurs de nature différente. Un premier cadre formel est ensuite proposé pour modéliser le problème de l'enchaînement dynamique de tâches élémentaires. La quatrième partie présente les premiers résultats d'une étude, débutée plus récemment, relative à la commande d'un ballon dirigeable de petite taille. Ces résultats concernent la construction d'un modèle, la mise en évidence des contraintes cinématiques et l'étude de la commandabilité. La dernière partie apporte une conclusion à ce rapport de synthèse, et décrit une prospective des travaux de recherche à venir.

Abstract

This report, which has been written for obtaining the " Habilitation à diriger les Recherches, " presents a synthesis of the research activities of Mr Philippe Souères. The main subject of the study is the control of mobile robots. The three first sections of the report deal with wheeled robots' control while the fourth section is devoted the problem of controlling an unmanned blimp. In the first section, several results relative to the development of optimal control techniques are described They concern the solution of mimimum-length or minimum-time problems for different models of wheeled robots. The problems are successively considered in the free space and amidst obstacles. The second section is devoted to the design of sate feedback path-following control laws. This approach requires the localization of the robot with respect to a fixed frame. The presented results provide solutions to three important problems: control robustness with respect to localization errors, obstacle avoidance during the transition phase, taking into account of the curvature constraint. The third section deals with multi sensor-based control. Several methods are proposed to perform a canonical navigation task on the base of the data provided by a camera and a 2D laser rangefinder. These results show that complex navigation strategies can be performed by regulating different kinds of sensory data. An original framework is proposed to model the dynamic connection of elementary tasks. The fourth section present the first results of another study, recently initiated, whose aim is to control a small size airship. These results concern the construction of a model, the description of the kinematic constraints, and the controllability analysis. In the last section, a conclusion to the synthesis report and a prospect of future research works are presented.

Mots-Clés / Keywords

Robotique mobile; Systèmes non-holonomes; Commande optimale; Commande référencée capteurs; Asservissement visuel; Suivi de chemin; Ballon dirigeable autonome; Mobile robots; Nonholonomic systems; Optimal control; Sensor-based control; Visual servoing; Path-following; Autonomous blimp;