Contributions à la planification et à la commande pour les robots mobiles coopératifs

Contributions to motion planning and control for cooperative mobile robots

• Auteur / Autrice : Michael Defoort
• Direction : Wilfrid Perruquetti, Thierry Floquet, Annemarie Kökösy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique industrielle et automatique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Ecole Centrale de Lille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gestion des conflits

Commande robuste

Systèmes auto-organisés

Systèmes non-holonomes

Commande en mode glissant

Robots mobiles

Mots clés libres

Robots mobiles coopératifs

Planification de trajectoires

Résumé

Ce travail se place dans le cadre de la navigation autonome d'une flottille de robots mobiles non holonomes. Notre objectif est de doter un système multi-robots à la fois d'une architecture de planification de trajectoire flexible et d'une architecture de poursuite de trajectoire performante et robuste. Le premier chapitre est consacré à la présentation du contexte. Le deuxième chapitre est dévolu au développement d'un algorithme de planification de trajectoire admissible pour un robot mobile suffisamment flexible pour pouvoir être étendu au cadre multi-robots. Dans le troisième chapitre, deux mécanismes de coordination sont développés. Pour le premier, les conflits sont résolus via un superviseur. Le second permet la génération en ligne des trajectoires optimales de chaque robot de manière décentralisée à partir uniquement des informations disponibles. Le quatrième chapitre concerne la commande par modes glissants d'ordre quelconque. L'efficacité de l'algorithme est mise en lumière à travers des résultats expérimentaux sur un moteur pas à pas. Dans le cinquième chapitre, deux algorithmes de commande par modes glissants avec action intégrale sont synthétisés et implémentés sur le robot Pekee. Ces techniques assurent la stabilisation et/ou le suivi de trajectoire malgré la présence de perturbations et d'incertitudes. Le dernier chapitre décrit un mécanisme décentralisé de coordination de type ``meneur/suiveur''. Il permet de s'affranchir de la connaissance de la position absolue de l'ensemble des robots et d'éviter les collisions entre robots. Enfin, nous présentons des résultats expérimentaux sur une flottille de trois robots Miabot.

This thesis concerns the autonomous navigation of a formation of nonholonomic mobile robots. Our objective is to equip a multi-robot system at the same time of a flexible motion planner and of an efficient and robust trajectory tracking controller. The first chapter deals with the presentation of the context. The second chapter is devolved to the design of a feasible collision-free trajectory planner for a mobile robot enough flexible in order to be extended to the multi-robot framework. In the third chapter, two coordination mechanisms are developed. For the first one, the conflicts are solved via a supervisor. The second one allows the on-line optimal trajectory generation for every robot in a decentralized way from available information. The fourth chapter concerns the higher order sliding mode control. The efficiency of the algorithm is highlighted through experimental results on a stepper motor. In the fifth chapter, two integral sliding mode controllers are designed and implemented on the Pekee mobile robot. These control laws ensure the stabilization and/or the trajectory tracking in spite of the presence of disturbances and uncertainties. The last chapter describes a decentralized coordination mechanism based on a ``leader/follower'' approach. It allows to eliminate the knowledge of the absolute position of all the robots and to avoid the inter-robot collisions. Finally, we present experimental results on a formation of three Miabot robots.