Contrˆ ole d’ex´ ecution

L’ensemble des fonctionnalit´es sont contrˆol´ees grˆace au logiciel de contrˆole interactif des modules que nous avons d´evelopp´e, par l’interm´ediaire de scripts ´ecrits dans le langage Tcl.

La strat´egie de navigation utilis´ee consiste tout d’abord `a calculer syst´ematique- ment les deux mod`eles de l’environnement (mod`ele qualitatif et cartes d’´el´evation). L’odom´etrie et l’odom´etrie optique fonctionnent ´egalement de fa¸con permanente. Les d´eplacement sont ensuite g´en´er´es grˆace `a l’algorithme de navigation en terrains plats, qui requiert un temps de calcul n´egligeable. Si aucun arcs ´el´ementaire permettant de se rapprocher du but n’est trouv´e, l’algorithme de planification sur les cartes d’´el´eva- tion est employ´e. Ce dernier g´en`ere des d´eplacement jusqu’`a ce que l’algorithme pour les terrain plats fonctionne `a nouveau ou qu’aucune trajectoire ne soit trouv´ee sur les cartes d’´el´evation. Dans ce cas, la m´ethode de planification globale est employ´ee, un sous but et calcul´e, et l’ensemble de la strat´egie est de nouveau appliqu´e.

5.4

Conclusions

Nous avons insist´e sur le fait qu’une navigation autonome `a long terme ne pouvait ˆ

etre possible que grˆace `a l’utilisation d’un vaste ensemble de fonctionnalit´es. La gestion de cette diversit´e d’algorithmes am`ene in´evitablement au d´eveloppement d’un syst`eme d’int´egration complexe, ainsi qu’au d´eveloppement d’outils permettant cette int´egration et facilitant le d´eveloppement.

Au cours de la r´ealisation de d´emonstrations appliqu´ees `a une plateforme r´eelle, nous avons pu exhiber des limitations dans les outils d’int´egration disponibles au LAAS. Loin de remettre en cause ces derniers, elles ont, au contraire, permis de d´efinir les directions des d´eveloppements futurs et des ´ebauches de solutions ont pu ˆetre propos´ees.

En particulier, nous avons d´efini un sch´ema d’int´egration destin´e a g´erer un ensemble quelconque d’algorithmes de localisation, permettant de d’obtenir un syst`eme capable des les int´egrer et de les d´eclencher de fa¸con modulaire.

5.4. CONCLUSIONS 107

Les r´esultats obtenus sont encourageants. Le robot Lama est maintenant capable de se mouvoir de fa¸con autonome, sur une centaine de m`etres, sur divers types de terrains, et les mouvements sont g´en´er´es grˆace `a une perception active de l’environnement, au cours des d´eplacements.

Conclusions

Cette th`ese s’est inscrite dans le cadre du projet d’Exp´erimentations de D´eplace- ment en Environnements Naturels (EDEN) du LAAS-CNRS, grˆace `a un co-financement CNRS et A´erospatiale. Ce travail a donn´e lieu a 10 publications dans des conf´erences in- ternationales et 2 contrats avec l’Aerospatiale et le CNES. Les principales contributions en sont :

Chapitre 1 — Navigation autonome et localisation

Une typologie des m´ethodes de localisation a ´et´e d´efinie. Trois classes d’algo- rithmes ont ´et´e exhib´ees : les m´ethodes d’estimation de mouvement, les m´ethodes de recalage et les m´ethodes de localisation absolue. Le crit`ere principal permet- tant de les distinguer est la port´ee de la position produite, en termes d’erreur relativement `a la distance parcourue. Au moins un algorithme de chaque classe est n´ecessaire pour le d´eveloppement de robots navigants de fa¸con autonome.

Chapitre 2 — L’odom´etrie

Une synth`ese sur la commande des chˆassis de type « Marsokhod » a permis de montrer que l’odom´etrie utilis´ee sans capteurs suppl´ementaires ne permet ni le contrˆole fin des d´eplacements, ni une estimation correcte de la position sur ces plateformes. L’ajout d’un compas, puis d’un gyrom`etre, a ´et´e analys´e et les am´eliorations obtenues ont ´et´e pr´esent´ees. L’utilisation d’inclinom`etres a permis de d´evelopper le calcul de la position 3-D du robot. Une ´etude de quelques donn´ees comme la vitesse des roues ou les courants consomm´es selon le type de terrain a montr´e qu’une qualification en ligne ou une d´etection des fautes de l’odom´etrie semblait possible.

Chapitre 3 — L’odom´etrie optique

Une m´ethode originale d’estimation visuelle de mouvement permettant de calcu- ler une position 3-D de fa¸con incr´ementale a ´et´e pr´esent´ee. Son int´egration `a bord du robot Lama a ´et´e d´etaill´ee des r´esultats obtenus sur ce robot, ainsi que des

110 INT ´EGRATION LOGICIELLE

r´esultats pr´eliminaires obtenus sur un ballon dirigeable, ont ´et´e d´etaill´es. Une ana- lyse statistique des erreurs commises a ´et´e effectu´ee, et l’influence des param`etres les plus importants a ´et´e analys´ee. La m´ethode a ´et´e jug´ee tr`es performante et le logiciel d´evelopp´e fera l’objet d’un transfert vers le CNES.

Chapitre 4 — Les cartes d’´el´evation

Une m´ethode de construction incr´ementale de cartes d’´el´evation a ´et´e d´evelopp´ee pour le robot Lama. En particulier, des techniques de construction probabilistes ont ´et´e ´evalu´ees et ont permis de qualifier des m´ethodes de construction plus simples couramment employ´ees. Une structure tol´erant des corrections a poste- riori sur les diff´erentes positions par lesquelles le robot est pass´e a ´et´e propos´ee pour le stockage des mod`eles construits. Une m´ethode de recalage bas´ee sur la minimisation d’une distance entre une image 3-D local et le mod`ele incr´emental a ´et´e ´evalu´ee, et diverses techniques d’extraction, de mod´elisation ou de reca- lage sur des amers ont ´et´e propos´ees, notamment dans le cadre d’un contrat avec l’A´erospatiale.

Chapitre 5 — Int´egration logicielle

Une int´egration de l’ensemble des contributions a pu ˆetre faite au sein de l’ar- chitecture d´efinie par le LAAS. Ces travaux ont abouti a une r´eflexion g´en´erale sur la d´efinition du flux de contrˆole et de donn´ees. En particulier, un outil g´e- n´erique, permettant le contrˆole interactif des fonctionnalit´es pr´esentes `a bord des robots, a ´et´e d´evelopp´e. Des solutions permettant de r´esoudre des difficult´es li´ees `a l’int´egration d’algorithmes de localisation ont ´et´e propos´ees : un m´eca- nisme de gestion centralis´ee de la g´eom´etrie et un module de gestion d’un nombre quelconque d’estimateurs de position ont pu faciliter l’int´egration des m´ethodes pr´esent´ees et permettront le d´eveloppement de nouvelles m´ethodes. Une d´emons- tration de navigation autonome sur une centaine de m`etre a ´et´e mise en place et ´evalu´ee de nombreuses fois, en particulier `a la Cit´e de l’Espace `a Toulouse pour une exposition destin´ee au grand public.

Ces travaux ne pr´esentent pas un aboutissement. En particulier, la qualification plus pr´ecise des algorithmes d´evelopp´es repr´esente la prochaine ´etape `a r´ealiser. Cette qualification permettra d’am´eliorer encore la qualit´e de la position calcul´ee et augmen- tera la robustesse vis `a vis des erreurs de localisation par l’interm´ediaire d’une fusion effective des diff´erentes positions, ainsi qu’une d´etection de fautes.

L’´etude de m´ethodes de recalage, grˆace aux pistes propos´ees, devra ´egalement ˆetre accomplie. Ainsi, le robot pourra se d´eplacer sur plusieurs centaines de m`etres et construire des mod`eles cons´equents de l’environnement. Lorsqu’une zone suffisamment grande pourra ˆetre explor´ee de fa¸con autonome, les m´ethodes de localisation absolue pourront alors ˆetre abord´ees.

Du point de vue de l’impl´ementation, les r´eflexions pr´esent´ees sur le flux de donn´ee et de contrˆole pourront ˆetre approfondies, permettant ainsi une int´egration plus facile, plus modulaire et plus rapide de nouvelles m´ethodes de localisation.

Enfin, lorsque ces ´etapes seront maˆıtris´ees, la r´ealisation de missions effectives sera possible. Les robots autonomes pourront alors remplir leur rˆole d’exploration et effectuer des tˆaches utiles dans les zones o`u l’homme ne peut intervenir directement.

A

Le robot Lama

Lorsque le robot Lama est arriv´e au laboratoire au d´ebut de l’ann´ee , il avait ´

et´e partiellement ´equip´e par la soci´et´e Alcatel Space Industries (figure A.1). Outre les capteurs permettant de connaˆıtre la configuration du chˆassis, il ´etait muni d’un acc´el´ero- m`etre deux axes et d’un compas magn´etique. Deux cartes 68040 assuraient l’acquisition des donn´ees de ces capteurs et le contrˆole de la locomotion, grˆace `a des logiciels d´e- velopp´es par Alcatel. La commande des moteurs ´etait de type bang-bang, le syst`eme de contrˆole des moteurs fourni par le VNII-Transmach, concepteur et constructeur du chˆassis, ´etant bas´e sur une s´erie de relais.

Depuis, cet ´equipement de base a ´et´e compl`etement red´efini, et de nouveaux instru- ments sont venus s’ajouter. Il s’agit d’un travail continu et important, essentiellement r´ealis´e par les ing´enieurs et techniciens du laboratoire, et auquel nous avons contribu´e, notamment en d´eveloppant les pilotes de diff´erents instruments. Les grandes ´etapes de ces travaux sont les suivantes :

– Remplacement des relais de contrˆole de la puissance par des servo-amplificateurs, permettant ainsi un contrˆole fin des trajectoires. Pour cela, les capteurs magn´e- tiques de tour de roue qui ´equipaient le robot ont ´et´e remplac´es par des codeurs optiques plus pr´ecis.

– Installation de deux bancs st´er´eoscopiques orientables, l’un mont´e sur un mat solidaire de l’essieu central, l’autre ´etant solidaire de l’essieu avant.

– Installation de convertisseurs d’´energie permettant l’alimentation `a partir du sec- teur.

Bien entendu, l’architecture informatique embarqu´ee a ´evolu´e sans cesse durant ces travaux : de ce point de vue, Lama est aujourd’hui tr`es bien instrument´e (figure A.1), et continue toujours `a ´evoluer.

Dans cette annexe, nous pr´esentons les caract´eristiques des diff´erents instruments dont les donn´ees ont ´et´e consid´er´ees dans diff´erents chapitres du manuscrit.

114 LE ROBOT LAMA

Fig. A.1 – Evolution du robot Lama. De gauche `´ a droite : lors de sa livraison `a Alcatel Space Industries en , tel

qu’il est arriv´e au laboratoire d´ebut , et enfin dans son ´etat actuel (fin de l’ann´ee ).

A.1

G´eom´etrie du chˆassis