La revue d’incidents aéronautiques a montré que l’apparition de conflits dans la gestion du vol est un précurseur remarquable d’accidents. Ces conflits peuvent se produire entre les différents agents du système aérien (équipage, contrôle aérien, interface de pilotage). Nos premiers travaux ont consisté à proposer un modèle générique pour détecter les conflits entre agents. Ce modèle a ensuite été implémenté et testé dans des expérimentations avec des pilotes en simulateur de vol. Ces expériences ont permis de valider nos idées sur le conflit mais ont montré que les pilotes, lorsqu’ils sont confrontés à un conflit, ont tendance à perséverer et à s’enfermer dans la résolution du problème au détriment de la surveillance des paramètres vitaux. Pour étudier ce comportement, nous avons développé GHOST, environnement expérimental constitué d’un simulateur de vol connecté à une interface qui permet à un magicien d’Oz de créer des situations conflictuelles mais surtout d’envoyer des contre-mesures pour sortir le pilote de sa persévération. Ces contre-mesures reposent sur le principe d’un retrait ciblé de l’information : le cadran sur lequel se focalise le pilote disparaît puis est remplacé momentanément par un message pertinent en termes de sécurité. L’environnement GHOST a été testé avec 22 pilotes et les résultats semblent prouver l’efficacité de cette approche.

Le travail que nous présentons constitue une contribution dans le domaine du contrôle des forces en téléopération en présence de retards. Dans une première partie, nous passons en revue les systèmes existants et nous montrons comment ils sont adaptés au contrôle des forces. Nous mettons notamment en évidence le fait que les systèmes avec retour d'efforts sont inutilisables dès que des retards de transmission sont présents. Les systèmes à contrôle local des forces ne présentent pas cet inconvénient mais n'ont pas une très bonne ergonomie: ils sont soit mal adaptés au contrôle des forces soit mal adaptés au contrôle des déplacements. Le concept de «téléopération hybride duale» que nous proposons résoud ces problèmes d'ergonomie: l'opérateur peut piloter à la fois des forces et des déplacements tout en ayant de bonnes sensations kinesthésiques. Ce concept repose sur l'utilisation de la commande hybride position-force à la fois pour le robot maître et pour le robot esclave. Dans la deuxième partie, nous étudions trois propriétés fondamentales de la commande hybride duale: grâce à ce concept, on peut restituer simplement à l'opérateur la sensation d'un environnement virtuel ; on peut utiliser les propriétés de la commande hybride pour réaliser des tâches complexes en ne laissant à l'opérateur que la gestion des degrés de liberté pertinents ; dans certains cas, il est possible de restituer des informations sous forme kinesthésique à l'opérateur sans engendrer d'instabilités. Ce travail est validé sur un site expérimental composé de deux robots à six degrés de liberté que nous décrivons dans une troisième partie

Dans ce travail, nous présentons les résultats théoriques obtenus pour la mise en oeuvre de stratégies de diagnostic dans les systèmes complexes, à savoir, les systèmes singuliers, les systèmes à paramètres et états inconnus, les systèmes bilinéaires.

Le problème de la reconstruction 3D à partir d'une séquence d'images acquise par une caméra en mouvement est un sujet important dans le domaine de la vision par ordinateur. Ce travail de thèse présente une méthode qui permet d'estimer conjointement des points 3D de la scène filmée et le mouvement de la caméra en combinant la précision des méthodes "horsligne" (basées sur une optimisation globale de tous les paramètres par ajustement de faisceaux) et la vitesse de calcul des méthodes incrémentales. La nouvelle approche est considérée comme une accélération des techniques classiques de reconstruction 3D qui utilisent l'ajustement de faisceaux, permettant ainsi de traiter de longues séquences vidéos. L'algorithme développé peut être résumé de la façon suivante : détection de points d'intérêt dans les images, mise en correspondance de ces points et souséchantillonnage temporel de la vidéo. En effet, seul un sousensemble d'images dites "images clef" est sélectionné pour la reconstruction des points 3D alors que la localisation de la caméra est calculée pour chaque image. Le point clef de l'approche est l'ajustement de faisceaux local : les paramètres de la reconstruction sont affinés sur la fin de la séquence uniquement, à chaque fois qu'une image est choisie comme nouvelle image clef. La méthode, initialement prévue pour les caméras perspectives, a ensuite été généralisée de manière à rendre possible l'utilisation d'autres types de caméras, comme les caméras catadioptriques ou encore les paires rigides de caméras. Les résultats obtenus montrent que la précision atteinte est du même ordre que celle des méthodes par optimisation globale, avec des temps de calcul très réduits, ce qui permet de viser des applications d'odométrie visuelle temps réel pour la robotique mobile ou l'aide à la conduite en automobile. Realtime

Cette thèse étudie le problème de la localisation et cartographie simultanées des robots sous-marins, et ses méthodes de résolution utilisant le calcul par intervalles. Le principe du SLAM (Simultaneous Localization And Mapping, ou cartographie et localisation simultanées) est le suivant: un robot sous-marin connait en général sa position initiale (lorsqu'il est à la surface grâce à un GPS), son modèle de déplacement (très approximativement) et possède quelques capteurs l'aidant à estimer sa position (capteur de pression pour mesurer sa profondeur, loch Doppler pour mesurer sa vitesse et sa distance au fond, centrale inertielle pour mesurer son orientation) et voir ce qui l'entoure (sonar). Pourtant, malgré tous ces capteurs, plus il avance, plus ses erreurs d'estimation de position s'accumulent: le robot se perd. En passant et repassant devant plusieurs objets (ou éléments remarquables quelconques de son environnement), il va pouvoir évaluer leur position (plus ou moins précisément) une première fois à partir de la sienne (cartographie grâce à sa localisation), puis recalculer sa trajectoire en les prenant comme repère les fois suivantes quand il est perdu (localisation grâce à sa cartographie). Les mesures de capteurs ou variables utilisées pour décrire les robots étant souvent entachées d'erreurs, elles peuvent être représentées de différentes façons: distributions probabilistes, nuages de points, ensembles continus... En général, les données constructeur des capteurs ou actionneurs du robot nous indiquent des bornes (liées à la précision...). On peut donc représenter ces valeurs sous forme d'intervalles. Les méthodes ensemblistes telles que l'analyse par intervalles permettent d'obtenir des résultats à partir d'équations sur des intervalles. L'avantage de ces méthodes est qu'on est sûr de ne perdre aucune solution (compte tenu des hypothèses faites), contrairement à celles utilisant l'approche probabiliste, où on n'obtient parfois que les solutions les plus probables. Dans cette thèse, l'utilisation du calcul par intervalles dans le cadre du SLAM appliqué aux robots sous-marins et une comparaison entre plusieurs méthodes existantes seront étudiées. De plus, une nouvelle méthode permettant de mieux gérer le problème des données fugaces (données seulement significatives à des instants bien précis et inconnus), rencontré notamment avec des données provenant de sonars, sera proposée. Les applications de ces travaux concernent par exemple le développement de robots sous-marins autonomes (souvent appelés AUVs pour Autonomous Underwater Vehicles ou UUVs pour Unmanned Underwater Vehicles). En effet, contrairement aux robots téléguidés par des humains, ceux-ci doivent eux-mêmes être capables de se repérer dans leur environnement pour effectuer leur travail. Ces robots peuvent avoir des missions variées: relevé de données hydrographiques, localisation d'épaves (bateau, avion...) ou objets dangereux (mines...), surveillance (détection de pollution, vérification de l'état de pipelines...)... Actuellement, ces tâches sont principalement réalisées par des humains, directement avec des plongeurs, ou indirectement avec des sous-marins téléopérés pour les travaux les plus dangereux ou difficiles d'accès.

Ces travaux de thèse se placent dans le contexte des systèmes multi-agents distribués. L'objectif est l'étude de méthodes d'auto-apprentissage appliquées à des ensembles de robots réactifs. Ces travaux se focalisent sur l'apprentissage de comportements sensorimoteurs de bas niveaux. Il nous semble important que les méthodes proposées puissent être appliquées sur des systèmes réels, dont les contraintes sont parfois loin de celles de la simulation. C'est pour cette raison que nous avons imaginé et conçu une plate-forme expérimentale composée de 4 robots mobiles, un manipulateur mobile miniature et un système de vision stéréoscopique. Cette étude se décompose en deux parties. La première, appliquée aux systèmes homogènes, présente l'étude de méthodes évolutionnistes appliquées aux systèmes multirobots. La seconde, appliquée aux systèmes hétérogènes, s'intéresse à la possibilité d'utiliser la technique du recuit simulé pour optimiser les poids d'un contrôleur neuronal. Toujours dans ce contexte d'hétérogénéité, une seconde méthode basée sur l'apprentissage par renforcement est expérimentée.

Ce travail concerne le développement de méthodes de commandes avancées pour les suspensions automobiles afin d'améliorer la tenue de route des véhicules et le confort des passagers, tout en respectant les contraintes technologiques liées aux actionneurs de suspension (passivité, non-linéarités, limite structurelle). Dans la 1ère partie, nous proposons deux schémas de commande par approche LPV polytopique (Linéaire à Paramètre Variant) et Stabilisation Forte (Strong Stabilization) avec optimisation par algorithme génétique pour résoudre les conflits confort/tenue de route et confort/débattement de suspension. Dans la 2ème partie, pour résoudre le problème complet de commande de suspensions semi-actives, nous développons d'abord une stratégie générique pour les systèmes LPV généraux soumis à la saturation des actionneurs et à des contraintes d'état. Le problème est étudié sous la forme de résolution d'inégalités linéaires matricielles (LMI) qui permettent de synthétiser un contrôleur LPV et un gain anti wind-up garantissant la stabilité et la performance du système en boucle fermée. Ensuite, cette stratégie est appliquée au cas de la commande des suspensions semi-actives. Les méthodes proposées sont validées par une évaluation basée sur un critère industriel et des simulations effectuées sur un modèle non-linéaire de quart de véhicule.

Dans ce travail de thèse, on s'intéresse au problème de déplacement et de la localisation d'un robot mobile autonome dans son environnement local. Il est structuré en deux parties. La première partie du manuscrit porte sur les deux tâches de mouvement de base, c'est-à-dire : la stabilisation et le suivi de trajectoire. Deux stratégies de commande ont été traitées: le mode de glissement intégral et la méthode dite "Immersion et Invariance". La deuxième partie porte sur l'asservissement visuel, les deux techniques 2D et 3D d'asservissement visuel ont été appliquées. Les moments d'image ont été choisis comme indices visuels car ils sont moins sensibles au bruit d'image et autres erreurs de mesure. Une nouvelle approche de l'asservissement visuel qui repose sur l'image est ici proposée. Elle est basée sur la génération de trajectoires sur le plan de l'image directement (calcul des valeurs des primitives d'image correspondantes a une trajectoire cartésienne donnée). Cette approche garantit que la robustesse et la stabilité bien connues de l'asservissement 2D ont été étendues en raison du fait que les emplacements initial et désiré de la caméra sont proches. Les trajectoires obtenues garantissent aussi que la cible reste dans le champ de vue de la caméra et que le mouvement du robot correspondant est physiquement réalisable. Des tests expérimentaux ont été effectués et des résultats satisfaisants ont été obtenus à partir des implémentations des stratégies de commande et d'asservissement visuel. Bien qu'ils soient développés et expérimentés dans le cadre spécifique d'un robot de type unicycle, ces travaux sont assez génériques pour être appliqués sur d'autres types de véhicules.

L'objectif de ma thèse étant d'étudier certains systèmes linéaires continus à paramètres variant dans le temps (LPV), certains travaux sur l'analyse, synthèse et aussi études de performances relatives à ces systèmes ont pu être effectués. Les incertitudes peuvent avoir une structure qui varie, qui peut être polytopique, affine ou autre... Les conditions que l'on propose exigent de diminuer le conservatisme engendré au préalable par certaines conditions données dans ce contexte dans la littérature. Egalement, nous sommes appelés à mettre en place des représentations nouvelles de la dérivée temporelle du paramètre temps-variant et de l'intégrer dans nos conditions. En effet, il a été prouvé que le problème de commande robuste, peut être tourné en un ensemble d'inégalités matricielles linéaires. Les problèmes LMIs étant convexes, et nombreux algorithmes polynomiaux d'optimisation, sont disponibles pour les résoudre. Dans ce contexte, les études sur ces systèmes continus Linéaires à Paramètres temps Variant a pris de l'ampleur durant ces dernières années. C'est dans ce sens que j'ai essayé de présenter ma thèse. Les modèles qui ont été considérés dans mon mémoire sont à temps continu. Une étude bibliographique sur les systèmes admettant un modèle incertain linéaire à temps invariant (LTI) a été faite dans une première partie, puis tous les résultats relatifs aux systèmes LPV ont succédés dans des parties ultérieures.

Ce document présente un survol de mes travaux sur la commande bornée des systèmes linéaires et sur l'extension de ces approches au corps rigide. Enfin, ce manuscrit se termine par des prospectives en terme de commande basées sur évènements.