Afin de permettre une navigation autonome d'un robot dans un environnement, le robot doit être capable de percevoir son environnement. Dans la littérature, d'une manière générale, les robots perçoivent leur environnement en utilisant des capteurs de type sonars, cameras et lidar 2D. L'introduction de nouveaux capteurs, nommés lidar 3D, tels que le Velodyne HDL-64E S2, a permis aux robots d'acquérir plus rapidement des données 3D à partir de leur environnement. La première partie de cette thèse présente une technique pour la calibrage des capteurs lidar 3D. La technique est basée sur la comparaison des données lidar à un modèle de vérité de terrain afin d'estimer les valeurs optimales des paramètres de calibrage. La deuxième partie de la thèse présente une technique pour la localisation et la détection de fermeture de boucles pour les robots autonomes. La technique est basée sur l'extraction et l'indexation des signatures de petite-taille à partir de données lidar 3D. Les signatures sont basées sur les histogrammes de l'information de normales de surfaces locale extraite à partir des données lidar en exploitant la disposition des faisceaux laser dans le dispositif lidar.

Autonome sind gewaltbereite Linksextremisten, die in einer Mischung aus anarchistischer Herrschaftsablehnung und revolutionärem Utopismus die freiheitliche Ordnung in Deutschland ablehnen. In ihren schriftlichen Äußerungen polemisieren sie gegen den Staat und rufen zu Straftaten auf. Identitätsstiftend sind gewalttätige Aktionen gegen all jene, von denen sie annehmen, dass sie autonomen Zielen entgegenstehen. Die zivilisatorische Errungenschaft friedlichen Zusammenlebens ist für sie kein Maßstab. Sie erheben den Anspruch, gewalttätig nach eigenen Maßstäben vorzugehen. Dominierend ist eine ausgeprägte Feindorientierung, die für Differenzierungen keinen Raum lässt und zugleich die Welt – typisch für alle extremistischen Spielarten – in Gut und Böse einteilt. Redaktionsschluss: 30.11.2018

Afin de permettre une navigation autonome d'un robot dans un environnement, le robot doit être capable de percevoir son environnement. Dans la littérature, d'une manière générale, les robots perçoivent leur environnement en utilisant des capteurs de type sonars, cameras et lidar 2D. L'introduction de nouveaux capteurs, nommés lidar 3D, tels que le Velodyne HDL-64E S2, a permis aux robots d'acquérir plus rapidement des données 3D à partir de leur environnement. La première partie de cette thèse présente une technique pour la calibrage des capteurs lidar 3D. La technique est basée sur la comparaison des données lidar à un modèle de vérité de terrain afin d'estimer les valeurs optimales des paramètres de calibrage. La deuxième partie de la thèse présente une technique pour la localisation et la détection de fermeture de boucles pour les robots autonomes. La technique est basée sur l'extraction et l'indexation des signatures de petite-taille à partir de données lidar 3D. Les signatures sont basées sur les histogrammes de l'information de normales de surfaces locale extraite à partir des données lidar en exploitant la disposition des faisceaux laser dans le dispositif lidar / In order to autonomously navigate in an environment, a robot has to perceive its environment correctly. Rich perception information from the environment enables the robot to perform tasks like avoiding obstacles, building terrain maps, and localizing itself. Classically, outdoor robots have perceived their environment using vision or 2D lidar sensors. The introduction of novel 3D lidar sensors such as the Velodyne device has enabled the robots to rapidly acquire rich 3D data about their surroundings. These novel sensors call for the development of techniques that efficiently exploit their capabilities for autonomous navigation.The first part of this thesis presents a technique for the calibration of 3D lidar devices. The calibration technique is based on the comparison of acquired 3D lidar data to a ground truth model in order to estimate the optimal values of the calibration parameters. The second part of the thesis presents a technique for qualitative localization and loop closure detection for autonomous mobile robots, by extracting and indexing small-sized signatures from 3D lidar data. The signatures are based on histograms of local surface normal information that is efficiently extracted from the lidar data. Experimental results illustrate the developments throughout the manuscript

Depuis quelques années, les océanographes et les climatologues expriment un besoin croissant de disposer de moyens de mesures complémentaires pour réaliser des mesures en mer. Les voiliers autonomes sont un moyen potentiel de déploiement des capteurs nécessaires à ces mesures. Le problème abordé dans le cadre de cette thèse est la détermination à tout instant d'un cap navigable permettant aux voiliers robotisés de se déplacer vers un objectif aussi vite que possible tout en évitant les obstacles et en s'adaptant aux conditions instantanées de vent. Nous proposons deux approches de sélection d'un cap navigable pour atteindre un point ou une liste de points de navigation défini par un opérateur humain. La première est similaire à celle utilisée par les skippers humains. Elle se base sur la minimisation d'une fonction de coût exploitant la projection des vitesses représentées dans la courbe polaire caractéristique du voilier sur la route direct vers l'objectif. Une seconde fonction de coût permet de tenir compte de la présence potentielle d'obstacles. %Le premier est basée sur des fonctions de coût fondées sur la stratégie de projection des vitesses représentées dans la courbe polaire caractéristique du bateau, méthode amplement utilisée par les skippers humaines. La deuxième approche repose sur la méthode des champs de potentiel. La particularité de cette approche tient au fait que les capacités de propulsion du voilier, représentées par sa courbe polaire de vitesse, sont traduites par des potentiels locaux qui se déplacent avec le voilier. Cette méthode présente l'avantage d'unifier la représentation des contraintes de la navigation à voile et des tâches à réaliser. Ces différentes méthodes sont illustrées par des simulations numériques ainsi que des essais expérimentaux.

Dans le cadre des futures missions d'exploration planétaire comportant un atterrissage, la sélection d'un site d'atterrissage sécuritaire en temps réel devient une technologie de plus en plus recherchée. Celle-ci permet d'augmenter les retombées scientifiques de la mission en donnant accès à des régions à plus haut potentiel scientifique. Elle permet aussi d'accroître les chances de réussite de la mission et d'augmenter la charge utile des équipements en rendant l'atterrissage plus sécuritaire. Parmi les méthodes développées pour faire la sélection d'un site d'atterrissage, celle proposée par Andrew Johnson du Jet Propulsion Laboratory pour évaluer le degré de sécurité de sites d'atterrissage à partir d'images lidar prises pendant la descente s'avère très intéressante. Il utilise une technique nommée moindres carrées médians pour calculer la pente et la rugosité des sites d'atterrissage. Cependant, le temps de calcul exigé par cette approche la rend difficile à exécuter en temps réel. Ce mémoire de maîtrise propose l'utilisation d'un système à base de RNA (réseaux de neurones artificiels) pour faire l'approximation de la méthode des moindres carrés médians. Une architecture comportant quatre RNA a été développée afin de déterminer la pente et la rugosité d'un site d'atterrissage. Trois RNA permettent d'évaluer les paramètres du plan médian afin d'estimer ces deux propriétés du terrain. Un réseau optionnel est spécialisé pour l'évaluation des sites comportant une grande rugosité. Des modules de prétraitement et post-traitement des données sont utilisés pour améliorer la performance des réseaux de neurones et des modules d'arbitrage servent à déterminer les deux sorties du système. Une solution est aussi proposée pour présélectionner une zone d'atterrissage sécuritaire afin de réduire le nombre de sites individuels à évaluer. Plusieurs types de réseaux de neurones ont été comparés pour résoudre la problématique. Des lignes directrices ont été établies permettant de choisir les réseaux de neurones les plus efficaces pour chacun des modules en fonction du temps de calcul disponible. Le système développé permet de diminuer considérablement le temps de calcul requis pour résoudre la problématique. De plus, la solution proposée peut facilement être adaptée en fonction des objectifs de la mission spatiale.

En cherchant à connaitre les origines de la vie sur Terre, on se demande également si elle peut se trouver ailleurs. Malgré le fait que Mars nous est voisine et qu'elle ne semble pas en démontrer la présence, on désire toutefois l'étudier et la comparer avec la Terre. Pour y arriver, l'Homme a recours à la technologie : les télescopes, satellites, sondes et robots servent à observer Mars. À chacune des expéditions d'observation de Mars, nous cherchons à en connaître davantage et améliorons en conséquence la technologie utilisée. C'est pour cela que la prochaine génération de véhicules d'exploration planétaire nécessitera une plus grande autonomie de navigation. De tels requis impliquent une gestion adéquate de données géoréférencées potentiellement volumineuses et denses, représentées sous la forme de cartes. Ce mémoire présente l'état des recherches faites sur un système de gestion de données utilisable dans un contexte d'exploration planétaire autonome. Pour valider un tel système, il a fallu utiliser, mais ,également constituer, un répertoire de cartes en trois dimensions ayant été géoréférencées. Afin d'obtenir un répertoire représentatif du contexte d'utilisation, il a également été nécessaire de développer un comportement d'exploration et de navigation sur une plateforme robotisée, capable d'acquérir les cartes requises. À l'aide de ce répertoire, il a été possible de vérifier les capacités, les performances ainsi que l'exactitude des opérations effectuées à l'aide du système de gestion proposé. Un article intégré au mémoire présente la conception d'un tel système de gestion de données, ainsi qu'une solution permettant de gérer dynamiquement une variété de données, l'incertitude des relations spatiales entre deux cartes, de procurer un mécanisme de planification de chemins au travers des cartes, ainsi que la corrélation des cartes pour les opérations de localisation. Cet article présente également les résultats expérimentaux sur l'utilisation du système de gestion atlas par un véhicule d'exploration autonome. En plus de démontrer la faisabilité et l'utilité d'un tel gestionnaire de données en navigation autonome, le système pourrait également être utilisé comme plateforme d'analyse afin de comparer les performances de différents algorithmes de recalage de surfaces.

De nos jours, la télémédecine est appliquée universellement dans plusieurs domaines de la médecine comme la radiologie, la pathologie et la psychiatrie. Depuis 2004, le Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke (CHUS), la Faculté de médecine et des sciences de la santé et la Faculté de génie de l’Université de Sherbrooke développent un système des caméras robotisées permettant à un traumatologue d’interagir à distance avec un médecin intervenant en salle d’urgence, dans un contexte de télétraumatologie. Ce système demande au traumatologue de contrôler et de positionner les caméras tout en observant l’intervention. Afin qu’il puisse se concentrer le plus possible sur l’intervention chirurgicale au lieu de s’attarder au contrôle du système, une assistance de positionnement des caméras s’avérerait utile. L’objectif de ce projet est de concevoir une interface qui permet de positionner automatiquement les caméras robotisées tout en laissant la possibilité à l’opérateur de les déplacer directement au besoin. Pour ce faire, l’interface de contrôle automatisé utilise des algorithmes de traitement d’images permettant le suivi d’éléments visuels, la détection d’obstructions dans la scène observée et l’approximation de coordonnées tridimensionnelles d’un point dans l’image. Elle exploite deux modes de contrôle : l’opérateur sélectionne une zone d’intérêt directement dans la vue vidéo, ou identifie une région d’intérêt qui est suivie automatiquement par le système, et qui permet au besoin que les deux bras regardent simultanément le dit objet de deux points de vue différents. Avec la détection d’obstructions, l’interface est en mesure de repositionner automatiquement les caméras pour garder la vue sur la zone ou la région d’intérêt. Des tests pré-cliniques menés au Laboratoire de robotique intelligente, interactive et interdisciplinaire de l’Université de Sherbrooke permettent d’évaluer l’efficacité et la pertinence de l’interface de contrôle automatisé. Malgré certaines limitations inhérentes à la rapidité de traitement des commandes de positionnement des caméras intégrées au système, l’analyse des résultats suggère que l’interface de contrôle automatisé est conviviale et diminue la charge cognitive des opérateurs. La performance avec l’interface de contrôle automatisé permettant la sélection de la zone d’intérêt est plus élevée que l’interface de contrôle nonautomatisé (dite manuel, demandant le positionnement manuel des bras robotisés et des caméras), tandis que la performance de l’interface de contrôle automatisé permettant de sélectionner et de suivre une région d’intérêt simultanément par les deux caméras est moins élevée que l’interface de contrôle manuel.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La littérature scientifique démontre clairement que les femmes perçoivent davantage de douleur que les hommes que la douleur soit clinique ou expérimentale. De plus, les femmes diffèrent des hommes quant aux réactions autonomiques à la douleur. Cependant, les mécanismes exacts engendrant ces différences restent méconnus. Plusieurs mécanismes peuvent expliquer ces différences, mais ce sont les hormones sexuelles (HS), qui selon plusieurs auteurs, joueraient un rôle de premier plan. L'objectif principal de ce projet était donc de vérifier si les HS affectent la perception de la douleur expérimentale (mécanismes excitateurs) et les mécanismes endogènes de contrôles de la douleur (les contrôles inhibiteurs diffus nociceptifs - CIDN) chez des femmes saines. Dans un deuxième temps, nous voulions également déterminer si la réactivité du système nerveux autonome à la douleur est influencée par les HS. Méthodologie. 32 femmes ayant un cycle menstruel régulier (RMW) ont été rencontrées à trois reprises au cours de leur cycle menstruel (CM), soit entre les jours 1-3, les jours 12-14 et les jours 19-23. Aussi, 20 femmes ménopausées (PMW) ont été rencontrées à une fois. À chaque rencontre, celles-ci ont reçu les mêmes procédures douloureuses qui consistaient en deux applications d'une douleur thermique (thermode) à l'avant-bras durant deux minutes (à une température engendrant une douleur de 50/100), séparées par une immersion douloureuse du bras opposé dans l'eau froide (12[degrés]C). Le test d'immersion nous a permis de déclencher les CIDN (mécanisme analgésique endogène) et de mesurer la perception d'un différent type de douleur tonique. La perception de la douleur a été mesurée avec une échelle visuelle analogue afin de mesurer les seuils de douleur et de tolérance, et la [sic] l'intensité moyenne de la douleur. L'efficacité analgésique des CIDN a été quantifiée en calculant la différence entre la douleur thermique avant et après l'immersion. Les niveaux plasmatiques d'HS ont été obtenus lors de chaque visite. Un électrocardiogramme nous a permis d'obtenir la fréquence cardiaque pendant le test d'immersion où nous avons mesuré la réactivité autonomique par le biais de l'analyse de la variabilité cardiaque. Résultats. Aucune différence ne fut observée pour les seuils de douleur et de tolérance ainsi que pour la perception de la douleur durant le test d'immersion et le test de douleur thermique lors des trois visites (p>0.05). Cependant, nous avons observé que l'efficacité analgésique des CIDN (analgésie endogène) était significativement plus forte lors de la phase ovulatoire, comparativement aux phases menstruelle et lutéale (p=0.04). Chez les PMW, l'efficacité des CIDN est comparable aux RMW durant leur phase menstruelle, mais le pic de douleur normalement observé durant le test de la thermode était absent. Finalement, nous n'avons pas observé de différence dans la réactivité autonomique à la douleur au cours des trois phases du cycle menstruel. Conclusion. Les résultats démontrent donc une implication certaine des HS (via le CM) dans la perception de la douleur, mais seulement au niveau des mécanismes inhibiteurs de la douleur (CIDN), ce qu'aucune étude n'avait examiné auparavant. Cette modulation de l'efficacité des CIDN au cours du cycle menstruel pourrait donc fournir une explication partielle des différences hommes/femmes dans la douleur. Finalement, nous avons noté que le CM ne semble pas affecter les mécanismes excitateurs de douleur ainsi que la réactivité autonomique à la douleur.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.