Amarrage collaboratif automatique et sécurisé d'un robot sur une plateforme mobile : preuve par analyse par intervalles de la faisabilité d'un problème d'amarrage sous-marin

Safe & collaborative autonomous underwater docking : interval methods for proving the feasibility of an underwater docking problem

• Auteur / Autrice : Auguste Bourgois
• Direction : Luc Jaulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 20/01/2021
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance - Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Forssea Robotics
• Jury : Président / Présidente : Gilles Trombettoni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Dune, Andreas Rauh, Simon Rohou, Benoît Zerr, Gautier Dreyfus
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Putot, Daniel Wilczak

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation par contraintes

Inclusions différentielles

Stabilité

Systèmes dynamiques

Analyse par intervalles

Modèles mathématiques

Amarrage (marine)

Robots sous-marins

Mots clés libres

Docking sous-marin

Stabilité des systèmes dynamiques

Systèmes hybrides

Programmation par contraintes

Intégration garantie

Underwater docking

Stability of dynamical systems

Hybrid systems

Constraint programming

Guaranteed integration

Résumé

La multiplication des installations offshore suscite un besoin de robots autonomes fiables, capable d’effectuer des missions d’inspection et de maintenance tout en minimisant les coûts opérationnels. Pour réduire le risque d’accident pendant une mission, des outils mathématiques peuvent être utilisés pour démontrer a priori son bon déroulement. Dans cette thèse, des nouvelles méthodes reposant sur une approche ensembliste sont présentées à cet effet. Premièrement, nous proposons une nouvelle méthode pour analyser la stabilité d’un système incertain discret, continue ou hybride. Ensuite, nous présentons une approche s’inspirant de l’analyse d’atteignabilité, pour laquelle nous avons développé un nouvel outil de programmation par contraintes permettant d’implémenter des contraintes différentielles. Ces deux approches permettent de prédire le comportement d’un robot avant même son déploiement. Ces outils sont illustrés par des exemples réalistes issus des domaines de la localisation et du contrôle, appliqués au problème d’amarrage sous-marin. De plus, nous présentons la librairie CAPD dans un contexte robotique grâce à des exemples pratiques.

The increasing number of offshore facilities triggers the need for reliable autonomous robots to perform inspection and maintenance missions, while minimising operational expenses. In order to decrease the likelihood of undesired events during a mission, mathematical tools can be used to prove a priori its feasibility. In the following, new methods based on a set-membership approach are developed and presented in this regard. First, we propose a new method to analyse stability of a discrete, continuous and hybrid uncertain system. Alternatively, we present an approach based on reachability analysis for which we developed a novel constraint programming tool to implement differential constraints. Both approaches allow predicting the behaviour of a robot before its actual deployment. These tools are illustrated with realistic examples falling in the field of localisation & control, and in particular applied to underwater docking. Furthermore, the Computer-Assisted Proofs in Dynamics (CAPD) library is introduced in a robotics context via practical examples.