Perception et commande coopératives pour le déploiement de réseaux de robots mobiles hétérogènes

Sujets de thèse 2014

Intitulé de la thèse
Perception et commande coopératives pour le déploiement de réseaux de robots mobiles hétérogènes
Publication du sujet sur le site de l’ABG : NON
Nature du financement : Financement institutionnel, Contrat Doctoral, Financement régional, Contrats université sur projets,)
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Informatique, électronique
Spécialité de doctorat : Image Signal et Automatique

Lieu de travail
XLIM Limoges
LIAS Poitiers
Date Limite de candidature : 15/05/2014
Laboratoire d’accueil : LIAS

Présentation de l’équipe de recherche
Cette thèse est co-encadrée par deux équpes de rechercher: XLIM-MECATRONIQUE et AUTOMATIQUE&SYSTEMES du LIAS.

L’équipe Automatique et Systèmes du LIAS travaille sur deux thèmes majeurs de l’automatique, à savoir l’identification et la commande des systèmes. Sur ce dernier thème, la problématique de l’équipe porte sur la commande des systèmes multivariables. Un travail consiste en l’analyse, c’est-à-dire la recherche de conditions numériquement exploitables qui permettent d’attester ou non de la stabilité des systèmes étudiés, ou encore d’attester d’un certain niveau de performances (performances transitoires ou rejet de perturbations). S’ensuit la commande, c’est-à-dire la recherche d’algorithmes de contre-réaction qui permettent d’atteindre les performances précédemment mentionnées. La classe des systèmes considérés est large: elle couvre les systèmes linéaires et non linéaires, les systèmes incertains, les systèmes fractionnaires, les systèmes multidimensionnels (nD), systèmes avec ou sans retard, etc.

Les activités de recherche de l’équipe Mécatronique de l’Institut XLIM sont centrées sur l’amélioration de la sécurité, de la robustesse et de l’autonomie de systèmes mécatroniques (robots, véhicule intelligents). Ses thématiques couvrent la modélisation de systèmes complexes et l’estimation de paramètres, la perception active, la localisation multi-sensorielle et l’optimisation de trajectoires.

Résumé de la thèse en français
L’objectif de la thèse est de proposer des solutions innovantes permettant à un réseau de robots hétérogènes (en terme de capacités de perception et de déplacement) de garantir la couverture décentralisée de l’espace dans des environnements dynamiques. La coordination décentralisée de tâches s’appuie sur les interactions entre robots et leur environnement. La contribution majeure de la thèse serait de coupler l’autonomie des déplacements des robots aux contraintes de visibilité et de maintien de la connectivité du réseau. Elle permettrait d’augmenter la crédibilité et le domaine de fonctionnement opérationnel de ces systèmes. L’accroissement de la robustesse des tâches de Localisation et Navigation s’inscrit dans cet axe également.
Les applications envisagées sont l’exploration et la couverture de terrain, en environnements dynamiques extérieurs et/ou intérieurs (Usine du futur).

Résumé de la thèse en anglais
The work aims to provide innovative solutions to ensure decentralized space coverage in dynamic environments by heterogeneous networked robots. Decentralized coordination of tasks is based on local perceptions, and on the interactions between robots and their environment. The major contribution of this thesis will be to combine autonomous decision-making and motion of the robots with visibility and maintaining network connectivity constraints. Increasing the robustness of localization and navigation tasks goes also in this line.
The expected fallout will help to enhance the operational field of these systems and the emergence of ubiquitous robot networks. The considered applications are exploration and space coverage in outdoor and indoor dynamic environments (Factory of the Future).

Description complète du sujet de thèse
L’objet de la thèse est le déploiement de réseaux de robots mobiles avec des contraintes d’optimisation de couverture de l’espace, dans la continuité des travaux réalisés dans le cadre du projet ANR RDiscover.

Le travail de thèse concerne les problématiques suivantes:
– une planification décentralisée de haut niveau de la répartition spatiale pour une mission donnée. Il s’agit en particulier de définir les fonctions tâches pour l’optimisation de la répartition avec maintien de connectivité du réseau global, et prise en compte des capacités hétérogènes, en terme de capacités perceptives, d’action et de communication, des éléments composant la flotte. Les interactions entre robots jouent un rôle essentiel dans ce contexte.
– La réalisation des fonctions tâches de couverture s’appuie sur les perceptions et interactions individuelles, leur localisation dans l’espace, ainsi que sur les déplacements des robots pour un placement optimal. Des études récentes en automatique proposent de développer une loi de commande décentralisée pour le contrôle d’une flotte de robots mobiles. La difficulté majeure vient du fait que les robots sont dynamiquement découplés, en ce sens que le déplacement d’un agent n’affecte pas directement les déplacements de ses voisins. Cette problématique sera étudiée en collaboration avec l’équipe “Automatique et Systèmes” du LIAS.
– De part les applications envisagées, la présence d’acteurs humains impose des contraintes spécifiques sur les interactions dans le réseau, qui devront être formalisées et prises en compte dans la répartition également.

Références bibliographiques:
– Cooperative control of robot formations. R. Fierro, P. Song, A. Das, V. Kumar, in Cooperative Control and Optimization, Vol 66, pp 73-93, 2002.
– Deterministic robot-network localization is Hard. Y. Dieudonné, O. Labbani-I, F. Petit, in IEEE Transactions on Robotics, Vol 26(2), pp 331-339, 2010.
– Circle formation of weak mobile robots. Y. Dieudonné, O. Labbani-I, F. Petit, in ACM Transactions on Autonomous and Adaptive Systems, Vol 3(4), 2008.
– Potential feedback control for input delayed discrete systems and the power control in LTE, D. Phan, E. Moulay, P. Coirault, F. Launay and P. Combeau, IEEE trans. Aut. Cont., submission

Objectifs scientifiques de la thèse
– Répartition spatiale pour la couverture d’environnements dynamiques
– Perception coopérative et commande collaborative pour maintien de contraintes de maintien de connectivité du réseau.
– Expérimentation avec une flotte de robots mobiles

Compétences à l’issue de la thèse
Robotique, Automatique

Mots clés (séparés par des virgules)
Commande décentralisée, perception active, localisation multi-sensorielle
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
Robotique, Automatique

Modalité de dépôt des candidatures
Envoyer, aux encadrants de la
thèse, un dossier comportant, au minimum, un CV, une lettre de motivation
et les notes de Master (ou équivalent). L’admission se fera suite à un
entretien, devant une commission ad hoc, à une date précisée
ultérieurement.

Directeur de thèse
Ouiddad Labbani

Adresse mail du directeur de thèse : ouiddad.labbani-igbida@ensil.unilim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 33 5 55 42 36 87

Co-directeur de thèse
Patrick Coirault
Adresse mail du co-directeur de thèse : patrick.coirault@univ-poitiers.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : 33 5 49 45 35 10
Thèse pour Action transverse : NON

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