La thèse traite de la planification des mouvements optimaux dans les systèmes robotiques redondants pour l'automatisation des processus d’enroulement filamentaire. L'objectif principal est d'améliorer la productivité des cellules de travail en développant une nouvelle méthodologie d'optimisation des mouvements coordonnés du robot manipulateur, du positionneur de pièce et de l'unité d'extension de l'espace de travail. Contrairement aux travaux précédents, la méthodologie proposée offre une grande efficacité de calcul et tient compte à la fois des contraintes technologiques et des contraintes du système robotique, qui décrivent les capacités des actionneurs et s'expriment par les vitesses et accélérations maximales admissibles dans les articulations actionnées. La technique développée est basée sur la conversion du problème continu original en un problème combinatoire, où toutes les configurations possibles des composants mécaniques sont représentées sous la forme d'un graphe multicouche dirigé et le mouvement temporel optimal est généré en utilisant le principe de programmation dynamique. Ce mouvement optimal correspond au plus court chemin sur le graphique satisfaisant les contraintes de lissage. Les avantages de la méthodologie développée sont confirmés par une application industrielle d’enroulement filamentaire pour la fabrication de pièces thermoplastiques au CETIM. / The thesis deals with the optimal motion planning in redundant robotic systems for automation of the composite lay-up processes. The primary goalis to improve the lay-up workcell productivity by developing a novel methodology of optimizing coordinated motions of the robotic manipulator,workpiece positioner and workspace extension unit,which ensure the shortest processing time and smooth movements of all mechanical components. In contrast to the previous works, the proposed methodology provides high computational efficiencyand also takes into account both the technological constraints and the robotic system constraints, which describe capacities of the actuators and are expressed by the maximum allowable velocities and accelerations in the actuated joints. The developed technique is based on conversion of the original continuous problem into a combinatorial one, where all possible configurations of the mechanical components are represented as a directed multi layergraph and the desired time-optimal motion is generated using dynamic programming principle for searching the shortest path on the graph satisfying the smoothness constraints. It is also proposed an enhancement of this technique by dividing the optimization procedure in two stages combining global and local searches. At the first stage, the developed algorithm is applied in the global search space generated with large discretization step. Then,the same technique is applied in the local search space, which is created with smaller step in the neighborhood of the obtained trajectory. The advantages of the developed methodology are confirmed by industrial implementation on the factory floor that deals with manufacturing of the high pressure vessel.

L'objectif de cette thèse est, d'une part, de fournir des méthodes de planification de mouvements pour les systèmes non-holonomes, et d'autre part, d'étudier la contrôlabilité spectrale pour les équations de Schrödinger linéarisées. Nous avons apporté une double contribution au problème de la planification de mouvements pour les systèmes non-holonomes. Fondé sur la géométrie sous-riemannienne, nous avons conçu un nouvel algorithme qui résout complètement le problème dans un cadre général. Nous avons également proposé une implémentation numérique de la méthode de continuation qui fournit des solutions satisfaisantes au problème de la planification du roulement sur le plan, un exemple classique de systèmes non-holonomes à deux entrées. Nous avons donné des conditions nécessaires et suffisantes de contrôlabilité spectrale en temps fini des équations de Schrödinger linéarisées en dimension 2 et 3. Leur généricité par rapport au domaine a été étudiée par une technique originale basée sur les équations intégrales.

Les techniques de planification de mouvement actuelles sont maintenant capables de résoudre des problèmes mettant en jeu des mécanismes complexes plongés au sein d'environnements encombrés. Néanmoins, l'adaptation de ces planificateurs à des scènes comprenant à la fois des obstacles statiques et des obstacles mobiles s'est avérée limitée jusqu'ici. Une des raisons en est le coût associé à la mise à jour des structures de données qui sont précalculées pour capturer la connexité de l'espace libre. Notre contribution principale concerne la proposition d'un nouveau planificateur capable de traiter des problèmes comprenant à la fois obstacles statiques et obstacles mobiles. Ce planificateur hybride combine deux grandes familles de techniques. D'une part les techniques dites PRM, initialement conçues pour résoudre des problèmes à requêtes multiples et que nous avons étendu à des problèmes de scènes dynamiques. D'autre part, de nouvelles techniques de diffusion, alors que celles-ci sont généralement dédiées aux problèmes simple requête ne nécessitant aucune opération de prétraitement. Les principaux développements accompagnant la construction de ce planificateur sont les suivants : - La proposition d'une architecture originale pour le planificateur dédié aux environnements changeants. Cette architecture inclut notamment plusieurs mécanismes dits d' "évaluation paresseuse" qui permettent de minimiser les test de collision et ainsi d'assurer de bonnes performances. - Le développement d'une nouvelle méthode de diffusion permettant de reconnecter localement certaines portions du réseau invalidées par la présence des obstacles mobiles. Cette méthode, appelée RRT à Domaine Dynamique correspond en fait une extension des planificateur bien connus à bases de RRTs. Un des intérêt propre à notre approche est d'équilibrer automatiquement deux comportements propres au planificateur : l'exploration vers des régions encore inconnues et l'affinage du modèle des régions de l'espac e déjà explorées. - Deux méthodes originales de création de réseaux cycliques qui servent à initialiser notre planificateur. La première assume que les obstacles mobiles sont confinés dans une région donnée, pour construire un réseau adapté aux différents types de changements de position possibles. La seconde est une méthode qui construit des réseaux appelés "réseaux de rétraction". A l'aide d'une structure de donnée de faible taille, cette structure parvient à capturer les différentes variétés de chemins de l'espace, à travers notamment chacune des classes d'homotopie de l'espace libre. Toutes ces méthodes sont implémentées au sein de la plate-forme de travail Move3D développée au LAAS-CNRS et sont évaluées sur différents types de systèmes mécaniques plongés au sein d'environnements 3D.