HAL Id: tel-00981962
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Submitted on 23 Apr 2014
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Gabriel Rodrigues de Campos
To cite this version:
Gabriel Rodrigues de Campos. Stratégies de commande collaborative pour des systèmes multi-robots.
Autre. Université de Grenoble, 2012. Français. �NNT : 2012GRENT106�. �tel-00981962�
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité :Automatique et Productique
Arrêté Ministériel : 7 août 2006
Présentée par
Gabriel RODRIGUES DE CAMPOS
Thèse dirigée parCarlos CANUDAS DE WIT et codirigée parAlexandre SEURET
préparée au sein du laboratoireGIPSA-Lab, Département Automatique, du centre de rechercheINRIA Grenoble Rhône-Alpes
et de l’école doctoraleÉlectronique, Électrotechnique, Automatique et Traitement du Signal
Agreement strategies for multi-robot systems
Stratégies de commande collaborative pour des systèmes multi-robots
Thèse soutenue publiquement le 23 novembre 2012, devant le jury composé de :
Mazen ALAMIR, Président
Directeur de Recherche CNRS, GIPSA-Lab (Grenoble, France) António PASCOAL, Rapporteur
Professeur, Instituto Superior Técnico (Lisbonne, Portugal) Christopher EDWARDS, Rapporteur
Professeur, University of Leicester (Leicester, Angleterre) Sandra HIRCHE, Rapporteur
Professeur, Technische Universität München (Munich, Allemagne) Dimos DIMAROGONAS, Examinateur
Assistant Professor, Royal Institute of Technology (Stockholm, Suède) Alexandre SEURET, Codirecteur de thèse
Chargé de Recherche CNRS, GIPSA-Lab (Grenoble, France)
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❇✳✷✳✻ ❊①*❡♥/✐♦♥/ P ❞❡/ /✐*✉❛*✐♦♥/ ♣❧✉/ ❝♦♠♣❧❡①❡/ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✽✹
❇✳✷✳✼ ❘H/✉❧*❛*/ *❤H♦,✐R✉❡/ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✽✺
❇✳✷✳✽ ❘H/✉❧*❛*/ ❞❡ /✐♠✉❧❛*✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✽✺
✶✽
❇✳✸✳✶ ❈♦♥2❡①2❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✽✾
❇✳✸✳✷ ❙②♥2❤=*❡ ❞❡* ❝♦♥21>❧❡✉1* ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✷
❇✳✸✳✸ ❉8✜♥✐2✐♦♥ ❞✬✉♥ ♠♦❞=❧❡ ❛♣♣1♦♣1✐8 ❡2 18*✉❧2❛2* 2❤8♦1✐B✉❡* ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✷
❇✳✸✳✹ ❘8*✉❧2❛2* ❞❡ *✐♠✉❧❛2✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✹
❇✳✸✳✺ ❈♦♥❝❧✉*✐♦♥* ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✽
❇✳✹ ❈♦♠♠❛♥❞❡ ❞✐*21✐❜✉8❡ ♣♦✉1 ❧❡ ❞8♣❧♦✐❡♠❡♥2 ❝♦♠♣❛❝2 ❞✬❛❣❡♥2* ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✽
❇✳✹✳✶ ❈♦♥2❡①2❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✽
❇✳✹✳✷ ❉8✜♥✐2✐♦♥ ❞✉ ♣1♦❜❧=♠❡ ❡2 ♣18❧✐♠✐♥❛✐1❡* ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✵
❇✳✹✳✸ ❉❡*❝1✐♣2✐♦♥ ❞✉ *②*2=♠❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✵
❇✳✹✳✹ ❉8✜♥✐2✐♦♥ ❞❡* ❢♦♥❝2✐♦♥* ♣♦2❡♥2✐❡❧❧❡* ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✷
❇✳✹✳✺ ❆❧❣♦1✐2❤♠❡* ❞❡ ❞✐*♣❡1*✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✸
❇✳✹✳✻ ❙②♥2❤=*❡ ❞❡* ❝♦♥21>❧❡✉1* ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✸
❇✳✹✳✼ ❆❧❣♦1✐2❤♠❡* ❞❡ ❝♦♥21>❧❡ ❞❡ ❧❛ ❝♦♠♣❛❝✐28 ❞✬✉♥❡ ❢♦1♠❛2✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✹
❇✳✹✳✽ ❈♦♥21>❧❡✉1 *8B✉❡♥2✐❡❧ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✺
❇✳✹✳✾ ❘8*✉❧2❛2* 2❤8♦1✐B✉❡* ❡2 ❞❡ *✐♠✉❧❛2✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✻
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✹✳✶✷ ❙✐♥❣✉❧❛- ❢♦-♠❛)✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✹✼
✹✳✶✸ ❱❛-✐❛❜❧❡ ❣❛✐♥✬, ❡✈♦❧✉)✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✹✽
✹✳✶✹ ❙❡D✉❡♥)✐❛❧ ❝♦♥)-♦❧❧❡-✬, ,❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✺✵
✹✳✶✺ ❙✐♠✉❧❛)✐♦♥ -❡,✉❧), ❢♦- ❛ ❝♦♥✜❣✉-❛)✐♦♥ ♦❢ )❤-❡❡ ❛❣❡♥), ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✺✸
✹✳✶✻ ❙✐♠✉❧❛)✐♦♥ -❡,✉❧), ❢♦- ❛ ❝♦♥✜❣✉-❛)✐♦♥ ♦❢ ❢♦✉- ❛❣❡♥), ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✺✹
✹✳✶✼ ❙✐♠✉❧❛)✐♦♥ -❡,✉❧), ❢♦- ❛ ❝♦♥✜❣✉-❛)✐♦♥ ♦❢ ❡✐❣❤) ❛❣❡♥), ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✺✹
✹✳✶✽ ❙✐♠✉❧❛)✐♦♥ -❡,✉❧), ❢♦- ❛ ,✐♥❣✉❧❛- ❝♦♥✜❣✉-❛)✐♦♥ ♦❢ ❢♦✉- ❛❣❡♥), ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✺✺
❆✳✶ ■❧❧✉,)-❛)✐♦♥ ♦❢ ,)❛❜✐❧✐)② ❝♦♥❞✐)✐♦♥, ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✻✾
❇✳✶ ◆✉J❡ ❞❡ ✢❛♠❛♥), -♦,❡, ✈♦❧❛♥) ❡♥ ❢♦-♠❛)✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✼✹
❇✳✷ ❊①❡♠♣❧❡, ❞❡ ❝♦♠♣♦-)❡♠❡♥), ❝♦♦♣J-❛)✐❢, ❞❛♥, ❧❛ ♥❛)✉-❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✼✺
❇✳✸ ❈♦♥)❡①)❡ ❞❡, ❝❤❛♣✐)-❡, ✷❡) ✸ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✼✾
❇✳✹ ■❧❧✉,)-❛)✐♦♥ ❞✬✉♥ ♣-♦)♦❝♦❧❡ ❞❡ -❡♥❞❡③✈♦✉, ♣♦✉- ❞❡, ,②,)N♠❡, ❤J)J-♦❣N♥❡,✳ ✶✽✵
❇✳✺ ■❧❧✉,)-❛)✐♦♥ ❞❡ ❧❛ ,)-✉❝)✉-❡ ❞❡ ❝♦♥)-O❧❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✽✷
❇✳✻ ■❧❧✉,)-❛)✐♦♥ ❞❡, ❝❛, ❞✬❛♣♣❧✐❝❛)✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✽✻
❇✳✼ ❘J,✉❧)❛), ❞❡ ,✐♠✉❧❛)✐♦♥ ❞✬❛❧❣♦-✐)❤♠❡, ❞❡ ❝♦♥,❡♥,✉, ♣♦✉- ❞❡, ,②,)N♠❡,
❤J)J-♦❣N♥❡, ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✽✼
❇✳✽ ❘J,✉❧)❛), ❞❡ ,✐♠✉❧❛)✐♦♥ ❜❛,J, ,✉- ❞❡, ,✐❣♥❛✉① ❞❡ -J❢J-❡♥❝❡ ♥♦♥ ✐❞❡♥)✐D✉❡, ✶✽✼
❇✳✾ ❘J,✉❧)❛), ❞❡ ,✐♠✉❧❛)✐♦♥ ❜❛,J, ,✉- ❞❡, ,✐❣♥❛✉① ❞❡ -J❢J-❡♥❝❡ ✐❞❡♥)✐D✉❡, ✳ ✳ ✶✽✽
❇✳✶✵ ■❧❧✉,)-❛)✐♦♥ ❞❡, ♣-♦)♦❝♦❧❡, ❞❡ -❡♥❞❡③✲✈♦✉, ♣♦✉- ❞❡, ❛❣❡♥), ❞✉ )②♣❡ ,✐♠♣❧❡
✐♥)J❣-❛)❡✉-✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✵
❇✳✶✶ ■❧❧✉()*❛)✐♦♥ ❞✉ (✐❣♥❛❧ ❞✬2❝❤❛♥)✐❧❧♦♥♥❛❣❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✶
❇✳✶✷ ■❧❧✉()*❛)✐♦♥ ❞❡ ❧❛ ()*✉❝)✉*❡ ❞❡ ❝♦♥)*7❧❡ ♣♦✉* ❞❡( (②():♠❡( ❞✉ )②♣❡ ❙■ ❛✈❡❝
♠2♠♦✐*❡ ♣❛*)✐❡❧❧❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✸
✷✸
♠♦✐%❡ ♣❛%3✐❡❧❧❡ ❡3 ❣%❛♣❤❡ G0 ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✺
❇✳✶✺ ❘7*✉❧3❛3* ❞❡ ❧✬♦♣3✐♠✐*❛3✐♦♥ ❞❡ α ♣♦✉% ❞❡* *②*3;♠❡* ❞✉ 3②♣❡ ❙■ ❛✈❡❝ ♠7✲
♠♦✐%❡ ♣❛%3✐❡❧❧❡ ❡3 ❣%❛♣❤❡ G1 ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✻
❇✳✶✻ ❘7*✉❧3❛3* ❞❡ *✐♠✉❧❛3✐♦♥ ♣♦✉% ❞❡* *②*3;♠❡* ❞✉ 3②♣❡ ❙■ ❛✈❡❝ ♠7♠♦✐%❡ ♣❛%✲
3✐❡❧❧❡ ❡3 ❣%❛♣❤❡G0 ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✻
❇✳✶✼ ❘7*✉❧3❛3* ❞❡ *✐♠✉❧❛3✐♦♥ ♣♦✉% ❞❡* *②*3;♠❡* ❞✉ 3②♣❡ ❙■ ❛✈❡❝ ♠7♠♦✐%❡ ♣❛%✲
3✐❡❧❧❡ ❡3 ❣%❛♣❤❡G0 ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✶✾✼
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❇✳✷✶ L%✐♥❝✐♣❡ ❞❡ ❧❛ ❞✐*♣❡%*✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✸
❇✳✷✷ ❙3%✉❝3✉%❡ ❞❡ ❧✬❛❧❣♦%✐3❤♠❡ ❞❡ ❞✐*♣❡%*✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✹
❇✳✷✸ L%✐♥❝✐♣❡ ❞✉ ❝♦♥3%M❧❡ ❞❡ ❧❛ ❝♦♠♣❛❝✐37 ❞✬✉♥❡ ❢♦%♠❛3✐♦♥✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✺
❇✳✷✹ ❙3%✉❝3✉%❡ ❞✉ ❝♦♥3%M❧❡✉% *7N✉❡♥3✐❡❧ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✻
❇✳✷✺ ❘7*✉❧3❛3* ❞❡ *✐♠✉❧❛3✐♦♥ ♣♦✉% ✉♥❡ ❝♦♥✜❣✉%❛3✐♦♥ ❞❡ 3%♦✐* ❛❣❡♥3* ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✵✼
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▼❆❙ ▼✉❧#✐✲❆❣❡♥# ❙②,#❡♠, ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳✸✵
❆◆❘ ❆❣❡♥❝❡ ◆❛#✐♦♥❛❧❡ ❞❡ ❧❛ ❘❡❝❤❡8❝❤❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳✸✶
●❉❘■ ●8♦✉♣❡♠❡♥# ■♥#❡8♥❛#✐♦♥❛❧ ❞❡ ❘❡❝❤❡8❝❤❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳✸✶
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❲❙◆ ❲✐8❡❧❡,, ❙❡♥,♦8 ◆❡#✇♦8❦ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳✹✶
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