Priority-based coordination of mobile robots

par Jean Gregoire

Thèse de doctorat en Informatique temps réel, robotique et automatique

Sous la direction de Arnaud de La Fortelle.

Soutenue le 29-09-2014

à Paris, ENMP , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Centre de robotique (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Denis Gillet.

Le jury était composé de Arnaud de La Fortelle, Silvère Bonnabel, Emilio Frazzoli, Jean-Paul Laumond.

Les rapporteurs étaient Domitilla Del Vecchio, Thierry Fraichard.

  • Titre traduit

    Coordination de robots mobiles par affectation de priorités


  • Résumé

    Depuis la fin des années 1980, le développement de véhicules autonomes, capables de rouler sans l'intervention d'un être humain, est un champ de recherche très actif dans la plupart des grands pays industrialisés. La diminution du nombre d'accidents, des temps de trajet plus courts, une meilleure efficacité énergétique et des besoins en infrastructure plus limités, sont autant d'effets socio-économiques espérés de leur déploiement. Des formes de coopération inter-véhicules et entre les véhicules et l'infrastructure routière sont nécessaires au fonctionnement sûr et efficace du système de transport dans sa globalité. Cette thèse s'intéresse à une forme de coopération particulière en étudiant la coordination de robots mobiles aux intersections. La majorité des systèmes de coordination existants planifie une trajectoire que les robots doivent exécuter afin d'assurer l'absence de collision. C'est une approche classique de la planification, qui est alors considérée comme un mécanisme de génération de l'action. Dans cette thèse, seules les priorités entre les véhicules sont planifiées, c'est-à-dire l'ordre relatif de passage des véhicules dans l'intersection, ce qui est bien plus faible car un grand nombre de trajectoires respectent les même priorités. Les priorités sont alors simplement utilisées comme une ressource de coordination pour guider les robots dans l'intersection. Une fois les priorités affectées, les robots suivent une loi de contrôle qui s'assure qu'elles soient bien respectées. Il en découle un système de coordination robuste, capable de gérer toute une classe d'événements imprévisibles de façon réactive, ce qui est particulièrement adapté pour une application à la coordination de véhicules autonomes aux intersections où voitures, transports en commun et piétons partagent la route.


  • Résumé

    Since the end of the 1980's, the development of self-driven autonomous vehicles is an intensive research area in most major industrial countries. Positive socio-economic potential impacts include a decrease of crashes, a reduction of travel times, energy efficiency improvements, and a reduced need of costly physical infrastructure. Some form of vehicle-to-vehicle and/or vehicle-to-infrastructure cooperation is required to ensure a safe and efficient global transportation system. This thesis deals with a particular form of cooperation by studying the problem of coordinating multiple mobile robots at an intersection area. Most of coordination systems proposed in previous work consist of planning a trajectory and to control the robots along the planned trajectory: that is the plan-as-program paradigm where planning is considered as a generative mechanism of action. The approach of the thesis is to plan priorities – the relative order of robots to go through the intersection – which is much weaker as many trajectories respect the same priorities. Then, priorities are merely used as a coordination resource to guide robots through the intersection. Once priorities are assigned, robots are controlled through a control law preserving the assigned priorities. It results in a more robust coordination system – able to handle a large class of unexpected events in a reactive manner – particularly well adapted for an application to the coordination of autonomous vehicles at intersections where cars, public transport and pedestrians share the road.


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