Organisation du manus rit

Outre etteintrodu tion, e mémoire de thèse omporte inq hapitresqui portent respe tivement surles pointssuivants :

 LeChapitre2apourobje tifdeprésenterle on eptdemémoiresensorielle.Nous

exposons tout d'abord la représentation de l'environnement (appelée mémoire sensorielle) exploitée dans notre stratégie de navigation. Le système global de navigationbasésur emodèleetinspirédesappro hes ognitivesestensuitedé rit.

 Dans le Chapitre 3, nous présentons des stratégies de ommande pour le suivi d'un hemin sensorielpourdeuxtypesderobots:lesrobotsmobiles àrouesnon- holonomes de type har ou bi y lette et les robots aériens de type quadrirotor. Pour ha un d'entre eux, nous pré isons tout d'abord l'obje tif de ommande

puisnousproposons dess hémas de ommande permettant deles atteindre. Des simulations permettent nalement de valider les appro hes proposées ainsi que d'analyserleurs limites.

 Dans le Chapitre 4, nous étudions le asdes apteurs visuels grand-angle. Nous dé rivonsalors leséléments misen pla epour haque étape denotrestratégie de navigation ave e typede apteur.

 LeChapitre5estdédiéàlamiseen÷uvre omplètedenotresystèmedenavigation etàsavalidationexpérimentale.À etten,troisrobotsserontutilisés:unrobot

(a) (b) ( )

Fig. 1.14  Trois types de robots utilisés lors de nosexpérimentations :(a) un robot Pioneer,(b)unvéhi uleurbainéle triquedetypeRobuCabet( )undronequadrirotor.

Pioneer 3-AT, un RobuCab et un X4-yer (voir Fig. 1.14). Nous analysons les résultats obtenus dansdiérents ontextes.

 Finalement, le sixième hapitre dresseun bilan de nos ontributions et présente

Navigation à l'aide d'une mémoire

sensorielle

La navigation onsiste à dépla er le robot de manière sûre vers une destination donnée. Noussupposons que lerobot disposepour ela d'unereprésentation de l'envi-

ronnement. Lesbesoinsauxquelsdoitrépondre ette représentation sont divers omme nousl'avonsévoquédansl'introdu tion.Toutd'abord,la artedoitpermettrelaspé i- ationdel'obje tifdenavigationdurobot.Elledoitégalementsupportersalo alisation

etlaplani ation de sesdépla ements. Enoutre, anqueses dépla ementssoient réal- isésdemanière sûre, la artepeutintégrer les notions denavigabilité (lerobot peutse dépla er sans entrer en ollision ave des obsta les) mais également de ommandabil-

ité (il existe une ommande, appliquée sur un intervalle de temps ni, qui permet de rejoindre la situation ible en partant de la situation initiale). Le robot étant sujet à de grands dépla ements, ette représentation peut fournir une des ription de la tâ he

à a omplir sous forme d'un ensemble d'obje tifs à atteindre onsé utivement. Enn, pour améliorer les possibilités d'adaptation etd'optimisation fa eaux hangements de l'environnement, la arte doit ontenir desréseaux deroutes.

La représentation par arte sensorielle permetde répondreà esbesoins. En eet, une telle arte est dire tement dénie dans l'espa e d'observation du système de per-

eption. De e fait, e type de représentation est aisément interprétable etpermet de désigner un obje tif dire tement dans et espa e. De plus, les dépla ements du robot peuvent être dire tement générés en utilisant les on epts de la ommande référen ée

apteurs qui est réputée plus robuste vis-à-vis des bruits de mesure et des erreurs de modélisationqueles ommandes lassiques.Danslebutderépondreauxautresbesoins quenousavonsdénis,ilestné essaired'asso ierà ettereprésentationd'autres artes.

Comme nous l'avons évoqué dans l'introdu tion, plusieurs solutions sont possibles pour rejoindre un obje tif lointain. La première solution onsiste à exploiter onjoin-

tement les artessensorielle et ommande. Une image sensorielle est alors asso iée ex- pli itement à une a tion omme proposé dans [Matsumoto 96℄ ou impli itement via

Lieu1 Lieu2 Lieu3 Lieu4 Lieu5 Lieu6 Lieu7 Lieu8 Lieu9 E helletopologique E hellesensorielle (a) E hellesensorielle E helletopologique (b)

Fig.2.1Cartes sensorielleettopologique:représentation (a)parlieu,(b)parimage.

un réseau de neurones omme dans [Gaussier 97, Giovannangeli 06 ℄. Une se onde so- lution onsiste à asso ier une arte topologique à la arte sensorielle. Un noeud de la arte topologique peut alors représenter un lieu ( 'est-à-dire un ensemble d'images,

omme dans [Ulri h00 ℄) (Fig. 2.1 (a)) ou une image unique (Fig. 2.1 (b)). Une arête de la arte topologique dénit généralement la navigabilité entre deux noeuds. Dans [Valgren 06,Zivkovi 06,Briggs06℄,lesarêtesrelientlesimages ontenantsusamment

d'amers ommuns.Dans[Booij07,Remazeilles 04 ℄,le oûtentredeuxnoeudsestdéni ommelapossibilitéderéaliserlatâ hedenavigationentre esnoeuds.Dans[Booij07℄, il dépend de lapossibilitéde re onstruire la géométrie lo ale entre lesdeux noeudsde

façonrobustetandisquedans[Remazeilles 04℄,ilestdénidefaçonempiriqueàpartirde onsidérations surles dépla ements du robot.Dans[Gaspar 00, Argyros05,Blan 05℄, ladénitionde l'arêteprenden omptelanavigabilité etla ommandabilitéentredeux

noeuds. Dans [Santos-Vi tor 99 , Vassallo00 ℄, les arêtes de la arte topologique onti- ennent également une notion omportementale (suivi de mur, entrage au milieu du ouloir, suivide laséquen e d'images ...).

Pour obtenir une représentation de plus haut niveau, plusieurs appro hes ont été proposées dans la littérature. Une première appro he onsiste à regrouper les noeuds par lieux(voirFig. 2.2(a))manuellement omme dans[Zhou03 ℄ou automatiquement omme dans [Zivkovi 06, Booij07 ℄. Les noeuds peuvent également être regroupés en

hemins simples (voir Fig. 2.2 (b)) omme proposé dans [Gaspar00, Blan 05℄ . Ces hemins peuvent, par exemple, représenter une route (en environnement extérieur) ou un ouloir(enenvironnement d'intérieur).

Nousdétaillons lareprésentation quenousavonsadoptéedanslaSe tion 2.1.Dans laSe tion2.2,nousdé rivonslesystème ompletdenavigation,inspirédel'organisation

de lamémoire hez l'homme, danslequel s'intègrelamémoire sensorielle.

2.1 Représentation globaledel'environnement parune mé-

moire sensorielle

Anderépondreauxbesoinsénon éspré édemment,nousproposonsdereprésenter l'environnement par un modèle appelé mémoire sensorielle (

M S

) omposé de trois

Cartesensorielle

Cartetopologique,niveau1 Cartetopologique,niveau0

(a)

Γ1

Γ3

Γ4

Γ5

Γ7

Γ2

Γ6

Γ8

E hellesensorielle

E helletopologique,niveau1 E helletopologique,niveau0

(b)

Fig. 2.2  Regroupement des éléments de la arte topologique (a) par lieux, (b) en hemins simples.

artes(

M S = {CS , CT 1 , CT 0}

) :une arte sensorielle (

CS

) etune arte topologique à deux niveaux (

CT 1

et

CT 0

). Ces trois artes

CS

,

CT 1

et

CT 0

sont formalisées en utilisantlathéoriedesgraphesetserontdé ritesendétaildanslasuitede ettese tion.

2.1.1 Quelques dénitions

Nousrappelons tout d'abord quelquesdénitions de basede lathéorie desgraphes

permettant deformaliser lanotion demémoire sensorielle.

Un graphe

G = (N, A)

est un ensemble ni non vide de n÷uds (ou sommets)

N

_{= {N}1, N2, . . . , Nnn}

asso ié à un ensemble (possiblement vide) d'arêtes (ou ar s)

A_{= {a}1, a2, . . . , ana}

où haque arête peutêtre dénie par deux sommets

ar

= as,t

=

{Ns, Nt}

.

La taille d'ungrapheest lenombre

na

de sesarêtes.

G

estun graphe orienté ou digraphe si touslesélémentsde

A

sont desarêtesorien- tées(

as,t

6= at,s

).

Un pseudo-graphe est ungraphe danslequel aumoins deuxn÷uds sont liéspar au moinsdeuxarêtes.Ungraphesimple estungraphesansbou ledanslequeldeuxn÷uds

sont liéspar auplus une arête.

Une haîne

Γ

d'un graphe

G

est une suite de sommets adja ents. Un hemin d'un graphe orienté

G

est une suite ordonnée de sommets reliés par desarêtes (identique à une haîne dansungraphe orienté).

Un graphe onnexe est un graphe dans lequel toute paire de sommets distin tsest reliéepar une haîne.

Ungraphe pondéré estungraphe

G

supplééd'unefon tion quiasso ieunpoidsaux arêtes(

γ : A → ℜ

+

) ouaux noeuds(

γ : N → ℜ

+

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