Méthodes ensemblistes pour la localisation en robotique mobile

Set-membership approaches for mobile robot localization

• Auteur / Autrice : Rémy Guyonneau
• Direction : Laurent Hardouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et génie informatique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Angers
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISTIA. Laboratoire d'ingénierie des systèmes automatisés (CNRS FRE 2656)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (intelligence artificielle)

Robots mobiles

Mots clés libres

Localisation globale

Suivi de posture

Analyse par intervalles

Contracteurs

Résumé

Cette thèse s'intéresse aux problèmes de localisation en robotique mobile, et plus particulièrement à l'intérêt d'une approche ensembliste pour ces problèmes. Actuellement les méthodes probabilistes sont les plus utilisées pour localiser un robot dans son environnement, cette thèse propose des approches alternatives basées sur l'analyse par intervalles. Dans un premier temps, une méthode ensembliste s'intéressant au problème de localisation globale est proposée. Le problème de localisation globale correspond à la localisation d'un robot dans son environnement, sans connaissance à priori sur sa posture (position et orientation) initiale. La méthode proposée associe le problème de localisation à un problème de satisfaction de contraintes (CSP). Elle permet de localiser le robot en utilisant la connaissance de l'environnement, ainsi qu'un jeu de mesures LIDAR. Cette méthode est validée à l'aide de différentes expérimentations et est comparée à une approche probabiliste classique : la Localisation Monte Carlo (MCL). Dans un second temps une notion de visibilité est étudiée. Deux points sont supposés visibles, si le segment défini par ces deux points n'intersecte pas d'obstacle, autrement ils sont dit non-visibles. À l'aide de l'analyse par intervalles, des contracteurs associés à cette notion de visibilité sont développés. Après une présentation théorique de la visibilité, deux applications de ces contracteurs à la localisation en robotique mobile sont présentées : le suivi de posture d'une meute de robots à l'aide d'une information booléenne, et la prise en compte d'une contrainte supplémentaire dans le CSP associé à la localisation globale.

This thesis deals with mobile robot localization problems, and more precisely with the interest of a set-membership approach to those problems. Nowadays most of the approaches to localize a robot are probabilistics. This document proposes alternatives based on interval analysis. First a set-membership approach dealing with the global localization problem is presented. The global localization problem aims to localize a robot without any knowledge of its initial pose (position and orientation). The presented method casts the localization problem into a constraint satisfaction problem (CSP). It allows to localize the robot by using the knowledge of the environment and LIDAR sensor measurements. This approach is validated by several experimentations and is compared to the well known Monte Carlo Localization (MCL). Then a visibility relation is studied. Two points are visible if the segment defined by those two points does not intersect any obstacle, otherwise they are non-visible. By using interval analysis, contractors associated to the visibility and non-visibility relations are presented. After a theoretical presentation of the visibility, two applications of those contractors are illustrated: the pose tracking of a team of robots using a boolean information, and a new constraint for the global localization algorithm.