Groupes de travail

Objectifs

L'objectif de ce GT est de travailler de manière transversale par rapport aux applications et de se focaliser sur les aspects les plus théoriques. Les travaux porteront sur les principes des méthodologies pour la Robotique et sur leurs aspects théoriques. Le domaine d'application dans lequel la méthodologie a été développée servira d'appui pour mettre en évidence les extensions à des contextes applicatifs connexes et les limites de l'approche proposée. Le but visé est soit de faire émerger de nouveaux domaines d'applications pour une méthodologie donnée, soit de faire émerger de nouvelles méthodologies. Le GT s'intéressa également aux outils génériques et réutilisables caractérisant les méthodologies pour la Robotique.

Thèmes

Dans un premier temps, le GT4 se focalisera sur les thèmes scientifiques suivants, dont la liste pourra évoluer selon les attentes de la communauté robotique :

1) Modélisation et Commande des systèmes complexes

La commande des systèmes robotique est un passage incontournable. Les systèmes robotiques (véhicules autonomes, robots à pattes, robots parallèles, humanoïdes, drones …) sont très complexes. Cette complexité, qu’il faut modéliser, concerne aussi bien le modèle intrinsèque du robot (nombreux degrés de liberté, non linéarités, par exemple) que l’existence d’éléments extérieurs au robot (contact avec l’environnement, prise en compte de perturbations : vent, mouvement d’ensemble, imperfection des surfaces de contact …). De plus, on ne dispose souvent pour la commande que de modèles approchés. En effet, les imprécisions du modèle de commande peuvent provenir d’éléments dont les modèles sont mal connus (frottements, flexibilités, impact …), d’approximations faites pour simplifier le modèle, de paramètres du modèle mal connus. Les objectifs de la commandes peuvent être variés : commande en position, en effort, recherche de mouvement cyclique, suivi de trajectoires, suivi de cibles ou mal définis comme dans les tâches de locomotion. Des difficultés particulières peuvent aussi exister : holonomie ou non, sur- ou sous-actionnement, redondance, coopération entre robots.
Dans ce contexte difficile, les approches de commande doivent être à la fois robustes et performantes et de nouvelles méthodologies sont souvent à mettre en place.

2) Robotique et calcul numérique

Les aspects numériques de la robotique sont essentiels. En effet, de la prise en compte des erreurs de mesure ou de modèle et de leur propagation dans la chaîne de traitement dépendent la qualité et la précision de la tâche robotique effectuée. Par ailleurs, il est fréquemment fait appel en robotique aux techniques d'optimisation. Cependant, les techniques d'optimisation classiques sont-elles suffisantes ? Ce n'est pas si sûr car elles ne sont pas forcément compatibles avec les contraintes temps réel : il faut parfois obtenir plusieurs solutions (voire toutes) car une solution proche (mais différente) d'un optimum peut être satisfaisante, les fonctions à optimiser n'étant ni forcément analytiques, ni forcément convexes, ni forcément continues, etc.

Aussi souhaitons-nous réfléchir, dans une optique spécifique à la robotique, à des sujets tels que l'analyse par intervalles ou à erreur bornée, les processus stochastiques non linéaires, la gestion de l'incertain, les techniques d'optimisation ou encore le choix des heuristiques, etc.

3) Perception pour l'action

La perception de l'environnement d'un robot est un élément essentiel à son autonomie. Cette perception ne peut cependant pas être limitée à une dimension purement informative et accumulative et doit être dirigée vers l'action, la réaction, l'interaction. Ainsi, la perception peut servir à la localisation et à la navigation. Elle intervient également pour la détection d'obstacles et pour l'estimation du mouvement de ces derniers dans le but d'adapter ou de replanifier en temps-réel la trajectoire en cours. La perception est fondée sur la mesure par le biais de capteurs ou d'association de capteurs, dont l'adéquation à la tâche doit être évaluée. L'exploitation des mesures peut se faire sur une base cognitive ou sur la modélisation fine des phénomènes physiques associés, mais toujours en prévision de l'action. Elle peut servir de base à une interprétation de plus ou moins haut niveau de l'état de l'environnement selon le niveau de l'action. Ainsi, l'asservissement perceptif se place au plus près du signal issu du ou des capteurs : image (vision classique, vision panoramique, échographie, etc.), force, radar, lidar, etc.

Enfin, l'ouverture de la robotique vers de nouveaux domaines d'application amène à se questionner sur les méthodologies d'exploitation de capteurs biologiques, physiologiques, chimiques, etc.

4) Architectures logicielles et matérielles

La complexité des applications robotiques nécessite le traitement de données volumineuses sous des contraintes temporelles fortes, ce qui implique la définition d'architectures logicielles et matérielles idoines. L'objectif ici est de définir des méthodologies à suivre lors de la conception de telles architectures. Cela concernera aussi bien les aspects temps-réel que la gestion de systèmes hybrides (synchrones/asynchrones, continus/échantillonnés). Nous nous intéresserons également à l'organisation et à la représentation des données et de leurs flux, que ce soit de manière matérielle, logique ou encore cognitive. La réflexion portera aussi sur les interactions entre l'architecture matérielle et logicielle d'un système robotique et la manière de définir des tâches et des missions.

5) Apprentissage, Adaptation

Dans certains contextes d’utilisation, des modèles et des méthodologies de commande établis hors ligne sont parfois insuffisants pour prendre en compte le contexte réel d’utilisation et il est fondamental de pouvoir enrichir les performances du robot par un apprentissage et/ou par une adaptation à l’environnement. Ceci peut aussi être nécessaire dans le cas d'un système trop complexe pour pouvoir être décrit par un modèle permettant l’écriture hors ligne d’une commande.

Ces aspects sont très importants, en particulier dans un contexte où l’environnement n’est pas connu a priori ou dans le cadre de coopération ou d’interaction avec d’autres systèmes. A partir d’information extérieure (provenant de capteur ou d’un superviseur), le système devra alors prendre des décisions et adapter son comportement.

Actions

• Au moins une réunion sur chacun de ces thèmes sera organisée, soit 5 réunions sur 2 ans. Des réunions complémentaires pourront être programmées sur ces thèmes ou sur d’autres si le besoin s'en fait sentir ;
• C'est l'occasion d'enrichir les liens avec les disciplines connexes (automatique, informatique, vision, etc) en invitant une personnalité à chaque réunion ;
• Autres actions envisagées :
    - Numéro spécial à JESA ;
    - Organisation d'une session spéciale à CIFA 2008 ;
    - Organisation d'une session à RFIA 2008.
    - Le GT fournira un document d’état de l’art et de prospective.