Synthèse des travaux

Ce mémoire a introduit un système de navigation semi-autonome pour fauteuil roulant motorisé ainsi que plusieurs approches visant à résoudre divers problèmes liés à la robotique mobile.

Des expérimentations rigoureuses ont démontré la capacité du système de navigation à assister convenablement des usagers de FRM dans leurs déplacements quotidiens. Nous avons montré que le système se démarque par sa facilité d’appropriation par les usagers, par sa capacité à opérer en conditions diversifiées, inconnues et très encombrées et par les mouvements rapides et sécuritaires générés, comparables à ceux observés chez des pilotes sains. Avec ces habilités, ce système s’avère le premier ayant présenté une capacité à réaliser avec fiabilité des passages automatiques de portes de largeur standard et des stationnements automatiques.

Les caractéristiques distinctives du système ont néanmoins nécessité une révision approfondie des théories à la base de la navigation automatique d’une plate-forme mobile. Cette investigation a conduit à des contributions au niveau de la génération du mouvement, de la réaction aux obstacles, de l’architecture de contrôle, des stratégies à la base des manoeuvres évoluées et de l’autolocalisa- tion de la plate-forme.

L’approche de conception habituelle des lois de commande responsables de la génération du mouvement comporte plusieurs lacunes qui affectent l’efficacité des mouvements, leur prévisibi- lité et la facilité avec laquelle on peut les prédéterminer. Ces lacunes s’observent au niveau de la détermination des vitesses de référence, de la trajectoire du mouvement, de l’anticipation des mou- vements futurs et de la compensation de l’erreur de contrôle. Dans notre cas, les caractéristiques des mouvements désirés sont à la base de la génération des lois de commandes et sont, par consé- quent, facilement respectées. De cette façon, la deuxième contribution réside dans l’apport d’une approche de suivi de séquence de points produisant des mouvements efficaces, faciles à prévoir et à prédéterminer - comme il a été observé dans l’ensemble des fonctionnalités du SNSA.

De manière courante, la réaction aux obstacles varie en fonction de leurs configurations et d’expériences antérieures, mais très peu selon la manoeuvre en cours d’exécution. Il en résulte un problème bien connu de compétitivité entre les mouvements relatifs à la manoeuvre et ceux relatifs à la réaction aux obstacles. En raison de ce problème et d’une considération approximative du périmètre de la plate-forme, aucun fauteuil roulant semi-autonome n’a apparemment démontré à ce jour une réelle aptitude à naviguer en environnement très encombré (comme lors d’un passage

d’une porte standard). Pour résoudre ce problème, nous avons proposé un assistant stratégique qui considère, en premier lieu, la trajectoire du périmètre de la plate-forme en tenant compte de l’incertitude liée à son évolution. Ceci permet d’inhiber les vitesses de déplacement afin de garantir la sécurité du mouvement de la manoeuvre. En second lieu, lorsque la direction du mouvement de la manoeuvre n’est plus possible en raison de la proximité des obstacles, l’assistant propose une stratégie alternative en tenant compte de ses objectifs, de ses priorités et de sa stratégie (offrant une fonctionnalité de déblocage). Ceci permet de minimiser les réactions compétitrices au profit de réactions cohérentes à la manoeuvre. Ce nouvel assistant stratégique a démontré sa capacité à assister convenablement les usagers (au premier niveau d’autonomie) et l’ensemble des manoeuvres offertes par le système de navigation (au deuxième niveau d’autonomie). La capacité du système de navigation à opérer en lieux dynamiques et restreints lui est, en très grande partie, attribuable.

Ce travail contribue quatrièmement pour l’apport d’une architecture de contrôle qui concentre le travail d’interprétation des mesures dans une représentation de la réalité utile à la base du déve- loppement des processus décisionnels. Cette architecture a permis de tester facilement les fonction- nalités de la simulation à la réalité et d’une plate-forme à l’autre. Elle nous a permis de réaliser et d’intégrer rapidement des fonctionnalités évoluées, tels que le suivi de personnes1. En coordonnant efficacement l’ensemble des fonctionnalités du système de navigation, elle a supporté la réactivité du système et a ainsi contribué à ses aptitudes à naviguer en lieux encombrés.

La cinquième contribution porte sur la réalisation d’une méthode de traversée de passage étroit, un défi dont la complexité est bien reconnue, quoique normalement amplifiée par le problème de réaction aux obstacles discutés plus haut. Notre approche se distingue par sa capacité à traverser des passages variés et pour son adaptativité aux erreurs de contrôle et à l’évolution de l’environnement local. Cette méthode a démontré son efficacité en permettant un taux de succès de 82.9 % sur 76 essais pour la traversée d’une porte standard lors des tests sur le fauteuil roulant semi-autonome. Comme il a été discuté dans la partie expérimentale, il s’agit de la première approche permettant à un FRM commercial de traverser de manière automatique (sans intervention du pilote en cours de manoeuvre) des portes de largeur standard (90 cm).

Comme sixième contribution, une méthode de stationnement automatique a été développée. Cette méthode a démontré une capacité exceptionnelle à opérer en conditions variées et contraintes2. Son taux de succès également élevé (94.0% sur 67 essais) combiné à la forte appréciation des usa- gers révèle sa pertinence.

Comme septième et dernière contribution, nous avons proposé une méthode d’autolocalisation d’une plate-forme mobile dans un environnement partiellement connu à partir de données télé- 1_{Le suivi de personne a été réalisé (codé et testé) en deux après-midi, ce qui aurait été impossible sans la facilité de}

réutilisation que permet l’architecture.

2_{Elle a été utilisée le long des murs, dans le cubicule du parcours du WST, dans les ascenseurs, dans les espaces de}

métriques. Sa fiabilité repose sur la prise en considération, dans un modèle d’observation, des disparités entre l’environnement détecté et l’environnement connu (au niveau de la mise en cor- respondance et de la confiance vis-à-vis la pose évaluée). La robustesse de cette approche a été, pour l’instant, validée sur une plate-forme de recherche. Elle pourrait être introduite au SNSA du fauteuil roulant semi-autonome lorsqu’un troisième niveau d’autonomie sera mis en opération.