Motion planning of multi-robot system for airplane stripping

par Rawan Kalawoun

Thèse de doctorat en Electronique et Systèmes

Sous la direction de Youcef Mezouar.

Soutenue le 26-04-2019

à Clermont Auvergne , dans le cadre de École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme) (laboratoire) .

Le jury était composé de Fabrice Le Bars, Ouiddad Labbani-Igbida, Sébastien Lengagne.

Les rapporteurs étaient Nacim Ramdani, Philippe Fraisse.

  • Titre traduit

    Plannification des trajectoires s’un système multi-robot pour faire le décapage des avions


  • Résumé

    Cette thèse est une partie d’un projet français qui s’appelle AEROSTRIP, un partenariat entre l’Institut Pascal, Sigma, SAPPI et Air-France industries, il est financé par le gouvernement français par le programme FUI (20 eme appel). Le projet AEROSTRIP consiste à développer le premier système automatique qui nettoie écologiquement les surfaces des avions et les pièces de rechange en utilisant un abrasif écologique projeté à grande vitesse sur la surface des avions (maïs). Ma thèse consiste à optimiser les trajectoires du système robotique total de telle façon que le décapage de l’avion soit optimal. Le déplacement des robots est nécessaire pour assurer une couverture totale de la surface à décaper parce que ces surfaces sont trop grandes et elles ne peuvent pas être décapées d’une seule position. Le but de mon travail est de trouver le nombre optimal de robots avec leur positions optimales pour décaper totalement l’avion. Une fois ce nombre est déterminé, on cherche les trajectoires des robots entre ces différentes positions. Alors, pour atteindre ce but, j’ai défini un cadre général composant de quatre étapes essentiels: l’étape pre-processing, l’étape optimization algorithm, l’étape generation of the end-effector trajectories et l’étape robot scheduling, assignment and control.Dans ma thèse, j’ai deux contributions dans deux différentes étapes du cadre général: l’étape pre-processing et l’étape optimization algorithm. Le calcul de l’espace de travail du robot est nécessairedans l’étape pre-processing: on a proposé l’Analyse par Intervalles pour trouver cet espace de travail parce qu’il garantie le fait de trouver des solutions dans un temps de calcul raisonnable. Alors, ma première contribution est une nouvelle fonction d’inclusion qui réduit le pessimisme, la surestimation des solutions qui est le principal inconvénient de l’Analyse par Intervalles. La nouvelle fonction d’inclusion est évaluée sur des problèmes de satisfaction de contraintes et des problèmes d’optimisation des contraintes. En plus, on a proposé un algorithme d’optimisation hybride pour trouver le nombre optimal de robots avec leur positions optimales: c’est notre deuxième contribution qui est dans l’étape optimization algorithm. Pour évaluer l’algorithme d’optimisation, on a testé cet algorithme sur des surfaces régulières, comme un cylindre et un hémisphère, et sur un surface complexe: une voiture.


  • Résumé

    This PHD is a part of a French project named AEROSTRIP, (a partnership between Pascal Institute,Sigma, SAPPI, and Air-France industries), it is funded by the French Government through the FUIProgram (20th call). The AEROSTRIP project aims at developing the first automated system thatecologically cleans the airplanes surfaces using a process of soft projection of ecological media onthe surface (corn). My PHD aims at optimizing the trajectory of the whole robotic systems in orderto optimally strip the airplane. Since a large surface can not be totally covered by a single robot base placement, repositioning of the robots is necessary to ensure a complete stripping of the surface. The goal in this work is to find the optimal number of robots with their optimal positions required to totally strip the air-plane. Once found, we search for the trajectories of the robots of the multi-robot system between those poses. Hence, we define a general framework to solve this problem having four main steps: the pre-processing step, the optimization algorithm step, the generation of the end-effector trajectories step and the robot scheduling, assignment and control step.In my thesis, I present two contributions in two different steps of the general framework: the pre-processing step, the optimization algorithm step. The computation of the robot workspace is required in the pre-processing step: we proposed Interval Analysis to find this workspace since it guarantees finding solutions in a reasonable computation time. Though, our first contribution is a new inclusion function that reduces the pessimism, the overestimation of the solution, which is the main disadvantage of Interval Analysis. The proposed inclusion function is assessed on some Constraints Satisfaction Problems and Constraints Optimization problems. Furthermore, we propose an hybrid optimization algorithm in order to find the optimal number of robots with their optimal poses: it is our second contribution in the optimization algorithm step. To assess our hybrid optimization algorithm, we test the algorithm on regular surfaces, such as a cylinder and a hemisphere, and on a complex surface: a car.


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