Control of Reactive Movements of Vehicles in a Structured Dynamic Environment
Contrôle d'exécution réactif de mouvements de véhicules en environnement dynamique structuré
Résumé
The work presented in this thesis is about automated movements of vehicles within a semi-structured dynamic environment. The problem in focus is the reactive control of vehicles in environments such as "automated parking area" or "dedicated driving lanes". The basic topology of these environments are assumed to be known a-priori. However, unforeseen static and dynamic obstacles might be encountered during the movement of the vehicle. In order to tackle the problem it is necessary to make a nominal motion plan with only a partial knowledge of the world. This nominal plan is modified whenever necessary by means of a reactive mechanism. The current work particularly focusses on this latter aspect. In this work a kino-dynamic planner is coupled to a reactive controller which is able to adapt in real-time to the unexpected changes in the environment. The controller consists of a set of basic behaviors such as trajectory tracking and obstacle avoidance all of which may be activated simultaneously. These behaviors are then combined to obtain a global behavior corresponding to the planned movements. The controller employed is a Mamdani type fuzzy controller based on the fuzzy logic. The main interest in the use of a fuzzy controller is that the desired behaviors can be encoded in the form of weighted rules which in turn can be expressed in a language similar to the natural human language. The simulation results of the controller are easily extended to experiments performed on a real vehicle within the INRIA/INRETS Praxitele project.
Le travail présenté dans cette thèse se place dans le contexte de l'automatisation des mouvements de véhicules évoluant dans un environnement dynamique semi-structuré. Le sous-problème adressé est celui du contrôle réactif des mouvements de ces véhicules dans des environnements de type "parking aménagé" et "voie de circulation dédiée". La topologie des environnements considérés est alors connue a priori, mais divers obstacles statiques ou dynamiques peuvent à tout moment se trouver dans l'espace d'évolution du véhicule considéré. Il est donc nécessaire, d'une part, de planifier les mouvements de celui-ci sur la base d'un horizon temporel limité associé à une connaissance partielle du monde et, d'autre part, de mettre en place un mécanisme d'exécution réactif du plan nominal ainsi produit. C'est à ce niveau que se situe le travail présenté dans le mémoire. L'approche considérée pour aborder ce problème consiste à coupler un planificateur ciné-dynamique avec un contrôleur d'exécution réactif apte à amender en temps-réel le plan nominal produit régulièrement par le planificateur. Notre contrôleur est constitué d'un ensemble de comportements de base (suivi de trajectoires, évitement d'obstacles, etc.) activés en parallèle. Ces comportements sont ensuite combinés dans le but d'obtenir un comportement global correspondant à l'exécution des mouvements planifiés. La programmation de notre contrôleur repose sur la logique floue, au travers de l'utilisation d'un contrôleur flou de type Mamdani. L'intérêt essentiel de cette approche est de coder les comportements désirés sous la forme de règles pondérées, exprimées dans un langage proche du langage humain. Les résultats obtenus en simulation nous ont conduit naturellement à des expérimentations sur un véhicule réel dans le cadre du projet INRIA/INRETS Praxitèle qui constitue le cadre d'application de notre contrôleur d'exécution de mouvements.
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