Augmenter l'autonomie décisionnelle des systèmes spatiaux (satellites, sondes et rovers) soulève de nouveaux problèmes tels que la planification des activités pour accomplir un but, le contrôle de l'exécution du plan, et la surveillance et le diagnostic du système. Nous nous intéressons plus particulièrement à la planification d'une mission et au contrôle de son exécution dans le cadre d'une application avec des contraintes temporelles (rendez-vous avec des fenêtres de visibilité&) et la gestion de ressources limitées (énergie, carburant&). Cette thèse propose un cadre général pour intégrer la planification, l'exécution et l'adaptation réactive d'un plan en exploitant la flexibilité temporelle et le parallélisme des plans produits par un planificateur non linéaire causal basé sur des techniques de satisfaction de contraintes (notamment la représentation des contraintes temporelles est faite sous la forme d'un Simple Temporal Network). Cette approche a été mise en Suvre dans le système IxTeT-eXeC qui se compose d'un exécutif temporel et du planificateur IxTeT, modifié pour améliorer la flexibilité de la représentation des ressources et prendre en compte le contexte d'exécution et la durée de la recherche lors de la planification. L'exécutif contrôle les deux mécanismes d'adaptation du plan (en cas d'échecs ou de nouveaux buts) : (1) une réparation en parallèle de l'exécution de ses parties valides, (2) une replanification complète. IxTeT-eXeC a été intégré dans le niveau décisionnel de l'architecture LAAS, en interaction avec l'exécutif procédural OpenPRS, pour contrôler un robot mobile autonome avec une mission d'exploration.

Les robots dits « de service » doivent cohabiter avec des humains dans la vie de tous les jours. Ils sont ainsi confrontés à des environnements dynamiques qui ne leur sont pas spécifiquement adaptés. Afin de pouvoir y évoluer efficacement, ils doivent posséder, entre autres, une base capable d’une grande mobilité. Les bases mobiles omnidirectionnelles utilisant des roues conventionnelles orientables (RCO) présentent un bon compromis entre mobilité et complexité mécanique. Possédant généralement plus d’actionneurs que de degrés de liberté, elles nécessitent cependant une coordination rigoureuse de leurs actionneurs afin de garantir un mouvement précis et sécuritaire. La coordination des actionneurs est le rôle du contrôleur d’exécution. Une coordination basée sur le concept du mouvement du châssis autour de son centre instantané de rotation (CIR) est une méthode connue. Cependant, les paramétrisations communément utilisées pour décrire la position du CIR sont toutes entachées de singularités propres, ce qui nuit à la conception d’un contrôleur d’exécution efficace. De plus, la plupart des contrôleurs d’exécution présentés dans la littérature ne sont pas adaptés à l’utilisation de RCO qui possèdent un couplage mécanique entre direction et propulsion (dénommées roues AZIMUT), qui permettent par exemple de ressentir des forces qui seraient appliquées extérieurement sur la base. Enfin, ces contrôleurs d’exécution ne peuvent pas gérer de façon aisée les contraintes de position, vitesse et accélération imposées par les actionneurs. Cette thèse adresse le problème du contrôle d’exécution pour AZIMUT-3, une base mobile omnidirectionnelle non holonome utilisant des roues AZIMUT. Un nouvel espace de configuration pour le mouvement du châssis ainsi qu’une paramétrisation de celui-ci ne possédant aucune singularité propre sont tout d’abord proposés. Afin de garantir la coordination des roues, le contrôle se fait explicitement dans cet espace de configuration, et les modèles cinématiques établis pour le robot permettent de passer de l’espace de configuration du mouvement du châssis à celui du mouvement des actionneurs et réciproquement. Le contrôle ne se faisant pas dans l’espace de configuration du mouvement des actionneurs, il est nécessaire d’estimer le mouvement du châssis à partir des données fournies par les actionneurs. Un nouvel algorithme itératif d’estimation de la position du CIR est ainsi proposé. Le contrôleur d’exécution conçu sur la base de ces éléments permet de respecter les contraintes en position, vitesse et accélération des actionneurs et de gérer le couplage propre aux roues AZIMUT. Il permet aussi de gérer les singularités structurelles inhérentes aux robots mobiles utilisant des RCO. Les résultats de tests effectués avec AZIMUT-3 démontrent les performances du contrôleur d’exécution conçu en termes de respect des contraintes, de précision odométrique et de vitesse d’exécution de commande. L’extension du modèle cinématique et du contrôleur d’exécution à tous les robots mobiles omnidirectionnels non holonomes utilisant des RCO est aussi discutée.

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Il y a un besoin grandissant pour d'autonomie dans des systèmes temps réel complexes tels que les robots ou les satellites. Ceci met en avant un problème non trivial : d'un côté il y a des systèmes complexes - donc difficiles à valider - avec une intervention de l'humain dans la boucle qui se veut minimale, de l'autre nous avons des domaines où il faut que le système ait un comportement sûr fonctionnellement afin d'éviter les coûts financiers et/ou humains d'une perte ou d'une détérioration du système. Ces deux notions mises en vis-à-vis semblent contradictoires. En effet comment être sûr qu'un système autonome avec un pouvoir décisionnel fort, n'aura pas un comportement non nominal qui pourra menacer le bon déroulement de la mission ? Comment être sûr qu'un satellite n'allumera pas ses réacteurs sans avoir protégé ses capteurs fragiles (objectif de la caméra, ...) ? Une réponse partielle à ce type de problèmes pourrait être d'utiliser un planificateur de haut niveau qui ne donnerait que des plans garantis comme sûrs et valides. Toutefois ces planificateurs n'ont pas un modèle complet des actions qu'ils effectuent et de leurs conséquences. En effet, les directives données par ce planificateur sont généralement affinées en sous tâches par un superviseur. Le planificateur n'a donc pas un contrôle complet sur le moyen d'effectuer cette action. Nous présentons ici les travaux effectués afin d'intégrer un système de contrôle d'exécution en ligne dans une architecture hiérarchisée. Nous décrivons ici la nécessité et le rôle d'un tel composant dans ce type d'architecture. Nous introduisons le R2C, notre contrôleur basé sur les hypothèses synchrones, ainsi que l'outil permettant sa génération en exploitant des techniques issues du model-checking symbolique. Enfin nous discutons de la nécessité de prendre en compte les com-posants décisionnels dans le contrôle afin d'interférer le moins possible avec les décisions prises par ceux-ci. Les résultats obtenus durant des expérimentations sur une plate-forme robotique confirment les idées développées au cours de ce travail et permettent d'en tirer les conclusions et perspectives sur la mise en place d'un contrôle pour l'amélioration de la fiabilité globale de tels systèmes.

Le travail présenté dans le mémoire traite des problèmes liés au contrôle d'exécution des actions des robots mobiles autonomes. Une première partie présente l'architecture de contrôle globale et la compare à d'autres approches. On décrit les niveaux hiérarchiques qui la constituent et leurs rôles dans le fonctionnement du système. Le niveau inférieur, composé d'un ensemble de modules, rassemble les fonctions de perception, de modélisation et d'action du système. La seconde partie présente le niveau exécutif. L'exécutif doit suivre l'exécution des fonctions, résoudre les conflits entre modules, accomplir certaines actions réflexes et maintenir une information sur l'utilisation des ressources non partageables du robot. Il peut être vu comme un ensemble d'automates, qui interagissent et changent d'état selon les requêtes qui arrivent du niveau supérieur et les répliques qui proviennent des modules. La mise en oeuvre de l'exécutif utilise le système à base de règles KHEOPS. La compilation faite par KHEOPS permet, à partir d'un ensemble de variables d'entrée et de sortie et des règles qui les relient, d'obtenir un arbre de décision équivalent et de profondeur connue, ce qui garantit un temps d'exécution borné pour l'exécutif. La compilation permet aussi de garantir certaines propriétés logiques des automates mis en place. La troisième partie présente les relations entre le niveau fonctionnel (modules et exécutif) et la couche immédiatement supérieure, le niveau tache. Ce niveau est basé sur le système PRS, qui transforme des taches de haut niveau d'abstraction en procédures d'actions reconnues par le niveau fonctionnel et surveille leur exécution. Le mémoire présente une équivalence entre un sous-ensemble de PRS et les réseaux de Pétri colorés, ce qui permet de faire une vérification du niveau tache quand l'équivalence existe. Enfin, on présente quelques rés ultats de la mise en oeuvre expérimentale de ces travaux avec le robot Hilare 2.

Le travail présenté dans cette thèse se place dans le contexte de l'automatisation des mouvements de véhicules évoluant dans un environnement dynamique semi-structuré. Le sous-problème adressé est celui du contrôle réactif des mouvements de ces véhicules dans des environnements de type "parking aménagé" et "voie de circulation dédiée". La topologie des environnements considérés est alors connue a priori, mais divers obstacles statiques ou dynamiques peuvent à tout moment se trouver dans l'espace d'évolution du véhicule considéré. Il est donc nécessaire, d'une part, de planifier les mouvements de celui-ci sur la base d'un horizon temporel limité associé à une connaissance partielle du monde et, d'autre part, de mettre en place un mécanisme d'exécution réactif du plan nominal ainsi produit. C'est à ce niveau que se situe le travail présenté dans le mémoire. L'approche considérée pour aborder ce problème consiste à coupler un planificateur ciné-dynamique avec un contrôleur d'exécution réactif apte à amender en temps-réel le plan nominal produit régulièrement par le planificateur. Notre contrôleur est constitué d'un ensemble de comportements de base (suivi de trajectoires, évitement d'obstacles, etc.) activés en parallèle. Ces comportements sont ensuite combinés dans le but d'obtenir un comportement global correspondant à l'exécution des mouvements planifiés. La programmation de notre contrôleur repose sur la logique floue, au travers de l'utilisation d'un contrôleur flou de type Mamdani. L'intérêt essentiel de cette approche est de coder les comportements désirés sous la forme de règles pondérées, exprimées dans un langage proche du langage humain. Les résultats obtenus en simulation nous ont conduit naturellement à des expérimentations sur un véhicule réel dans le cadre du projet INRIA/INRETS Praxitèle qui constitue le cadre d'application de notre contrôleur d'exécution de mouvements.