Navigation sûre pour les robots parmi les hommes

par Matteo Ciocca

Projet de thèse en Informatique

Sous la direction de Thierry Fraichard et de Pierre-Brice Wieber.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec none , dans le cadre de École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique de Grenoble (laboratoire) et de PRIMA - Perception, reconnaissance et intégration pour la modélisation d'activité (equipe de recherche) depuis le 01-03-2017 .


  • Résumé

    Le mouvement est un problème clé pour les robots et il a été largement traitée au cours des quarante dernières années. Un aspect important lié au mouvement est la sécurité du mouvement, c'est-à-dire la capacité d'un robot à éviter une collision avec son environnement. Cette question devient critique lorsque l'on considère des robots qui interagissent avec des êtres humains. En ce qui concerne l'évitement de collision, le concept d'Etats de Collision Inévitable (où Inevitable Collision States - ICS) est utile. Un ICS est un état du système robotique tel que, quelque soit sa trajectoire future, une collision finit par survenir. Pour sa propre securité, un système robotique ne doit jamais se retrouver dans un ICS. Le concept d'ICS a été officiellement introduit dans [1] et plus tard exploité dans un certain nombre d'applications. Jusqu'à présent, le concept d'ICS a été utilisé pour la sécurité du mouvement absolu, c'est-à-dire pour éviter les collisions, peu importe ce qui se passe dans l'environnement. Dans un environnement réel comportant des objets en mouvement dont le comportement futur est difficile à prévoir, par ex. des personnes, un tel objectif ne peut être garanti. Pour résoudre ce problème, il est intéressant d'envisager des niveaux de sécurité plus faibles. Par exemple, la "sécurité de mouvement passive", i.e. si une collision se produit, il est garanti que le système robotique sera au repos (atténuant ainsi les dommages causés). Le but principal de ce projet de recherche est d'approfondir le travail effectué dans [2] en envisageant une plate-forme robotique telle que le robot Pepper. Pepper est en outre soumis à des contraintes d'équilibre, le problème sera donc de maintenir à la fois l'équilibre et la non-collision. À cette fin, le modèle de contrôle prédictif développé dans [3] sera utilisé. La conception de niveaux de sécurité de mouvement plus sophistiqués que la sécurité de mouvement passive sera également explorée. [1] Th. Fraichard and H. Asama. Inevitable collision states, a step towards safer robots? Advanced Robotics, 18(10), 2004. [2] S. Bouraine, T. Fraichard, and H. Salhi. Provably safe navigation for mobile robots with limited field-of-views in dynamic environments. Autonomous Robots, 32(3) April 2012. [3] N. Bohórquez et al. Safe navigation strategies for a biped robot walking in a crowd. Humanoids, 2016.

  • Titre traduit

    Safe Navigation for Robots Among People


  • Résumé

    Motion is a key issue for robots and it has been largely addressed in the past forty years. One important aspect related to motion is motion safety, i.e. the ability for a robot to avoid collision with its environment. This issue becomes critical when considering robots designed to move among and to interact with human beings. When it comes to collision avoidance, the concept of Inevitable Collision States (ICS) is useful. An ICS is a state such that no matter what the future trajectory of a robotic system is, it eventually collides with an object. Robots should never be in one of these ICS. The ICS concept was formally introduced in [1] and later exploited in a number of applications. The ICS concept has so far been used with absolute motion safety in mind, i.e. it is sought to avoid collisions no matter what happens in the environment. In a real environment featuring moving objects whose future behaviour is hard to predict, e.g. people, such a goal cannot be guaranteed. To address this issue, it is interesting to consider weaker motion safety levels. For instance, Ref. [2] has introduced such a weaker motion safety level called Passive Motion Safety: if a collision is inevitable, it is guaranteed that the robot will be at rest (thus mitigating the damage done). The primary purpose of this research project is to further the work done in [2] by considering a robotic platform such as the Pepper robot. Since Pepper is also subject to balance constraints, one problem will be to maintain both balance and no-collision. To that end, the Model Predictive Control framework developed in [3] will be used. The design of more sophisticated motion safety levels will also be explored. [1] Th. Fraichard and H. Asama. Inevitable collision states, a step towards safer robots? Advanced Robotics, 18(10), 2004. [2] S. Bouraine, T. Fraichard, and H. Salhi. Provably safe navigation for mobile robots with limited field-of-views in dynamic environments. Autonomous Robots, 32(3) April 2012. [3] N. Bohórquez et al. Safe navigation strategies for a biped robot walking in a crowd. Humanoids, 2016.