Nous abordons trois aspects de la commande des robots: 1) la gestion de mouvements complexes de bras manipulateurs; 2) la prise en compte active de données de capteurs dans la gestion des déplacements; 3) la gestion d'un ensemble multi-capteurs et multi-effecteurs. Nous pressentons un générateur de trajectoires qui transforme une représentation externe compréhensible par un opérateur en une représentation interne utilisable par un algorithme d'asservissement. Nous utilisons le concept de commande gardée pour décrire des modifications de mouvements en fonction de données de capteurs. La garde (surveillance de capteurs) et la commande (modification de mouvement) sont deux processus s'exécutant en parallèle. La methode que nous développons reprend les principes proposes par Hoare concernant les processus séquentiels communicants. Nous montrons que la commande d'un ensemble multi-effecteurs et multi-capteurs peut être spécifiée a l'aide de processus séquentiels communicants. Nous proposons un ensemble de primitives permettant la prise en compte des commandes gardées et du parallélisme pour le contrôle des robots. Nous proposons également une implantation expérimentale d'un interpréteur de ces primitive

La définition de la seconde est basée, depuis 1967, sur les propriétés atomiques de l'atome de césium. Une horloge atomique est l'instrument qui permet de réaliser cette définition avec une exactitude limitée par plusieurs sources de perturbations. Toute amélioration dans les performances des horloges atomiques est la bienvenue pour les diverses applications, actuelles et futures, qui utilisent ces horloges. L'objet de ce travail de thèse est d'améliorer les performances de l'étalon primaire de fréquence (JPO) à jet de césium du Laboratoire Primaire du Temps et des Fréquences. Les résultats obtenus se traduisent par les performances suivants : Notre Horloge JPO est maintenant l'horloge, à jet thermique, la plus exacte au monde, avec une exactitude de 6,3 x 10-15. Elle est également l'horloge à jet thermique la plus stable, avec une stabilité à court terme de 3 x 10-13/sqrt(t) où t est le temps d'intégration en seconde.<br />L'obtention de ces bons résultats est liée à la maîtrise des fuites micro-ondes grâce à la conception et à la réalisation d'une cavité de Ramsey. La bonne exactitude est due aux nouvelles techniques de traitement du signal (problèmes inverses, régularisation. analyse cepstrale, ...) que nous avons introduites pour mieux évaluer les effets perturbateurs. La bonne stabilité profite de l'étude détaillée du système d'asservissement dans une horloge ainsi que de la réalisation matérielle et logicielle d'une boucle d'asservissement numérique de haute qualité.

Nous avons développé un oscillateur paramétrique optique simplement résonant (SRO) basé sur un cristal non linéaire de niobate de lithium dopé 5%-MgO et périodiquement polarisé (ppMgCLN). Il est pompé à 1064 nm par une diode laser en cavité étendue balayable continûment de 1050 à 1070 nm injectant un ampli cateur Yb-fi bré de puissance 10 W. Il génère une onde idler comprise entre 3 et 4 m et une onde signal entre 1450 et 1650 nm. Son seuil varie entre 2 et 3 W. La puissance idler maximale obtenue est de 1.8 W à 3 m pour une puissance de pompe de 9 W. Le balayage en fréquence continu de l'onde idler s'eff ectue en balayant la longueur d'onde pompe. Du fait des propriétés de dispersion du matériau ppMgCLN pompé à une longueur d'onde proche de 1064 nm, le désaccord de phase ne varie pas signi- cativement durant le balayage en fréquence de la pompe permettant une excursion en fréquence sans saut de mode de l'onde idler importante. Sans asservissement, un balayage continu de l'onde idler sur 175 GHz a été obtenu, limité principalement par les uctuations acoustiques basses fréquences de longueur de la cavité SRO induisant un ou plusieurs sauts de mode durant le balayage. Pour réduire ces fluctuations et augmenter la plage de balayage sans saut de mode, la cavité SRO est asservie sur le pic de transmission d'une cavité Fabry-Perot de grande fi nesse. Nous avons alors pu démontrer un balayage mono-fréquence sans saut de mode de l'onde idler sur 500 GHz. Cette large accordabilité continue pourrait être utilisée pour la spectroscopie haute résolution multi-espèces dans le moyen infrarouge. Par ailleurs, nous avons revisité la théorie ondes planes du SRO en utilisant une méthode perturbative très puissante qui tient compte de la déplétion de la pompe. Nous avons pu ainsi déterminer les relations d'entrée-sortie du SRO sous la forme de relations explicites très simples, montrant que les puissances de sortie sont proportionnelles à la racine cubique de la puissance pompe.

Pour qu'un système robotisé puisse accomplir de façon autonome des fonctions en apparence simples, telles que se localiser ou se positionner par rapport à son environnement, il doit avant tout percevoir cet environnement. La perception vi- suelle obtenue à l'aide d'une caméra constitue à cet égard une source d'information particulièrement riche, largement utilisée en robotique. Le travail présenté dans cette thèse concerne l'usage d'informations visuelles dans le contexte de la commande de mini-drones. En particulier deux types de tâches ont été considérées : une tâche de poursuite, dans laquelle un objet - une voiture - se déplace dans un environnement inconnu et l'on souhaite qu'un drone puisse suivre son mouvement, et une tâche de positionnement ou de navigation pour un drone évoluant dans un environnement structuré - intérieur de bâtiment - dans lequel le signal GPS n'est pas disponible. Dans les deux cas, nous avons proposé des approches complètes, depuis l'extrac- tion robuste d'informations visuelles jusqu'à la commande d'un drone à partir de ces informations. Des expériences mises en ÷uvre sur un mini-drone quadrirotor montrent la validité des approches proposées. Mots-clefs : Vision par ordinateur, asservissement visuel, commande de drone

Ce manuscrit traite de la navigation autonome de systèmes robotiques dotés d'une caméra embarquée. Pour qu'un robot mobile puisse se déplacer automatiquement, il doit être doté de fonctionnalités lui permettant de se localiser dans son environnement, de se définir un chemin à suivre, et de contrôler ses mouvements jusqu'à sa position désirée. Dans notre approche, l'environnement de navigation est décrit par une base d'images acquise lors d'une phase d'apprentissage. L'utilisation de techniques de recherche d'images permet d'effectuer une localisation qualitative du système robotique. La définition du chemin à suivre est réalisée sans imposer une reconstruction 3D complète de la scène. Pour ce faire, la base d'images est organisée sous la forme d'un graphe valué dans lequel est prise en compte la facilité de mouvement entre les différentes vues de la base. Une représentation hiérarchique de ce graphe permet de simplifier la recherche de chemin. Le chemin de plus faible coût obtenu correspond à un ensemble de prises de vue permettant de relier visuellement les images acquises depuis les positions initiale et désirée du robot. Les mouvements du robot sont calculés en ligne, pour chaque image acquise par la caméra. Le chemin d'images correspond à une délimitation de la zone de l'environnement que doit observer la caméra durant les mouvements du robot. Les différentes vues de ce chemin ne sont pas considérées comme des positions cibles intermédiaires à atteindre. Nous avons proposé une loi de commande basée sur les principes d'asservissement visuel et de fonction de potentiel, afin de contraindre le système robotique à se mouvoir dans une zone où la visibilité d'amers visuels est considérée comme satisfaisante. Les amers utilisés sont initialement détectés sur le chemin d'images, et dynamiquement mis à jour durant la navigation par une technique de transfert d'images. Les résultats expérimentaux réalisés d'une part avec un robot cartésien, et d'autre part en simulation montrent le bien-fondé de notre approche de navigation.

La découverte en 1963 par J.B. GUNN d'instabilités électroniques dans des échantillons d'arséniure de gallium a permis la réalisation d'oscillateurs solides dans la gamme des ondes centimétriques et millimétriques. Ces oscillateurs possèdent plusieurs avantages sur les anciens générateurs hyperfréquences à tubes, klystrons par exemple : alimentation simplifiée, stabilité en fréquence accrue, large bande de fréquence de fonctionnement, coûts de fabrication réduits. Après un rappel sur la théorie de l'effet Gunn, cette thèse présente l'étude de quelques applications de ces oscillateurs, mettant en particulier l'accent sur leur stabilité en fréquence. C'est ainsi qu'il est décrit un montage permettant le battement en fréquence de deux oscillateurs, puis un autre permettant l'asservissement en fréquence d'un oscillateur à une longueur de guide d'onde. Ce dernier montage est ensuite utilisé pour mesurer la permittivité de différents gaz introduits dans le guide d'onde. Les résultats obtenus sont comparés à des mesures antérieures effectuées par d'autres moyens.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la commande référencée capteurs. Pour un robot mobile ou un bras manipulateur dote d'un ou plusieurs capteurs, cette approche consiste à définir une tache de déplacement en spécifiant uniquement les mesures a' atteindre. Ce paradigme est connu pour permettre une très bonne précision de positionnement. En revanche, le robot peut présenter un comportement non désiré en cas de mouvement important ou de contraintes à respecter ( évitement des butées articulaires, visibilité, obstacles, etc.). Les solutions nécessitent généralement des degrés de liberté supplémentaires, permettant de réaliser la tâche tout en respectant les contraintes. Nous proposons tout d'abord un formalisme original pour la calibration d'un capteur extéroceptif à partir de la mesure de vitesse. Il est ainsi possible d'estimer a' la fois les paramètres de calibration intrinsèques du capteur et la position du capteur par rapport au repère du robot. Des résultats de simulation et d'expérience sont exposes pour la calibration d'une camera. Nous établissons ensuite un formalisme complet pour la réalisation d'une tache référencée multi-capteurs soumise a' un nombre arbitraire de contraintes. Nous proposons une façon générique d'introduire les contraintes dans la loi de commande. Le comportement induit est une perturbation minimale de la tache référencée capteurs tout en respectant plusieurs contraintes. Ce formalisme est applique à des problèmes classiques en robotique : évitement de butées et contrainte de visibilité. De nombreuses contraintes sont enfin combinées au sein d'un même système.

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. La première partie du manuscrit 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 à 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 autres types de véhicules.

L'appontage d'avions demeure aujourd'hui un exercice difficile dont la réussite conditionne l'efficacité d'un groupe aéronaval. Dans la marine française, des systèmes d'aide améliorent la perception du pilote durant l'appontage. Il n'existe cependant pas de système automatique qui permettrait l'emploi d'avions sans pilote sur porte-avions. Les travaux réalisés durant cette thèse ont donc pour objet un système d'appontage à l'aide d'un capteur de vision de l'avion. Utilisant les capteurs de l'aéronef, les différentes fonctions d'un tel système reposent sur la détection du porte-avions dans l'image initiale, son suivi au cours de la séquence et la commande de l'avion et de la tourelle de sa caméra. Cette étude propose des solutions pour ces fonctions en se basant sur les techniques de l'état de l'art. La détection du navire repose sur l'utilisation des capteurs de l'avion et d'une image de référence du porte-avions afin d'initialiser le suivi du porte-avions. Ce dernier est assuré par des algorithmes de suivi 3D basé modèle et de suivi 2D dense qui fournissent les mesures utilisées par la commande. La commande de l'avion par asservissement visuel repose sur des primitives visuelles contenues dans le plan image et dont les valeurs désirées restent constantes pour la trajectoire désirée. Les mouvements du porte-avions sont pris en compte à l'aide de la vision et la commande de la tourelle se base également sur des primitives visuelles. Les méthodes de vision sont validées sur des images réelles et des images provenant d'un simulateur réaliste. La commande est d'abord évaluée sans algorithme de vision afin de la caractériser. Enfin, l'ensemble de la chaîne est ensuite évaluée sur des simulations réalistes et montre son efficacité.

L'objectif de ce travail de thèse est de proposer un système robotique basé sur un asservissement visuel échographique pour l'assistance au chirurgien lors d'interventions écho-guidées. Ce système permet au chirurgien de sélectionner la position désirée d'un instrument dans une image échographique et de commander un robot pour qu'il déplace l'instrument jusqu'à la position spécifiée. L'application considérée est la réparation d'une valve mitrale à coeur battant.<br />Les principales contributions de ce travail se situent au niveau de la modélisation de l'imageur échographique, de la modélisation du système robotique et de sa commande. Plusieurs lois de commande à découplage par modèle cinématique inverse sont alors proposées. Elles sont évaluées à travers des études de stabilité par la méthode indirecte de Lyapunov et des simulations.<br />Enfin, le système proposé est mis en oeuvre et validé à travers des expériences in vitro et in vivo sur cochon, à coeur battant.