Autonomous and communicating cyber-physical systems in unknown environments: Application to exploration by mobile robots
Systèmes Cyber-Physiques autonomes et communicants en milieux inconnus : Application à l’exploration par robots mobiles
Résumé
This document retraces all the work and contributions made in the context of autonomous robotic exploration of unknown environments. An analysis of the state of the art has led us to move away from the classical paradigms of simultaneous positioning and mapping (SLAM) algorithms. These approaches require a heavy parameterization that can only be mastered by specialists. In addition, current systems are all subject to the problem of data association. The proposed positioning system is inspired by ancestral techniques of techniques of surveyors, as well as the measurement in active cooperation between ships and lighthouses. Therefore, the use of several robots measuring their relative positions collaboratively, thus forming a positioning network has allowed to build a robust positioning system, independent of the environment. This work presents the evaluation of the system, as well as its application to cartography, leading to the implementation of a complete SLAM system. Several original algorithms allowing the optimization of the placement of elements forming the positioning network in space are also presented. The presented work has thus led to a functional prototype, tested and evaluated in real world.
Ce document retrace l’ensemble du travail et des contributions effectuées dans le cadre de l’exploration robotique autonome d’environnements inconnus. Une analyse de l’état de l’art nous a poussé à nous éloigner des paradigmes classiques des algorithmes de positionnement et cartographie simultanés (SLAM en anglais). Ces approches nécessitent en effet un lourd paramétrage maîtrisable uniquement par des spécialistes. De plus, les systèmes actuels sont tous soumis au problème d’association de données. Le système de positionnement proposé s’inspire ainsi de techniques ancestrales de géomètres, ainsi que de la mesure en coopération active entre les bateaux et les phares. Ainsi, l’emploi de plusieurs robots mesurant collaborativement leurs positions relatives, formant ainsi un réseau de positionnement a permis de construire un système de positionnement robuste, indépendant de l’environnement. Ce travail présente l’évaluation du système, ainsi que son application à la cartographie, conduisant à la mise en place d’un système de SLAM complet. Des algorithmes originaux permettant l’optimisation du placement des éléments formant le réseau de positionnement dans l’espace sont également présentés. Le travail présenté a ainsi abouti à un prototype fonctionnel, testé et évalué dans des conditions réelles.