La réalisation technologique de la structure de chaine mécanique ouverte d'un porteur de robot industriel entraine l'apparition de défauts dans la géométrie de la trajectoire réellement effectuée. Ces phénomènes dégradent le niveau des performances métrologiques de la tâche robotisée. Aussi, après avoir effectué un inventaire des différentes causes à l'origine de ces phénomènes, il est proposé une modélisation de leur influence au niveau global. Il est présenté* ensuite une application logicielle permettant de reconstituer par simulation la trajectoire réelle, à partir des caractéristiques de la tâche et du robot. Cette application sera validée par une expérimentation sur une cellule robotisée industrielle. Enfin, en conclusion de ce mémoire, l'examen des différents axes d'application de cette approche technologique débouche sur de nouvelles perspectives de recherche, tant sur le plan de la CFAO Robotique que sur celui de la conception ou de la gestion d'exploitation des robots industriels.

Les microtechnologies sont de plus en plus présentes dans notre quotidien. Leur production est aujourd'hui restreinte à des procédés de masse par photolithographie. Leur fabrication est mal contrôlée et les défauts sont fréquents. Or l'étude individuelle de chaque microcomposant est particulièrement difficile et coûteuse. La microrobotique propose des solutions automatiques ou téléopérées afin de résoudre ce type de verrous technologiques. Pour des raisons économiques et de flexibilité, de nombreux utilisateurs se tournent vers un contrôle impliquant un opérateur. Plusieurs travaux ont proposé un retour des interactions lors de la tâche au moyen d'une interface utilisateur évoluée, dite haptique, afin d'augmenter l'immersion dans le micromonde et donc la dextérité de l'opérateur. Dans le cas de la micromanipulation, les facteurs d'échelle et les fortes dynamiques provoquent de nombreuses instabilités dans le couplage bilatéral recherché. Il a donc été nécessaire d'utiliser des contrôleurs évolués au détriment des sensations. Pour obtenir des sensations réelles et utiles, nous proposons de revisiter la problématique sous un autre angle. Plutôt que d'utiliser un micromanipulateur existant, nous avons conçu un système dédié au retour d'effort. Nous posons les prémices d'un nouveau concept de micromanipulation haptique flexible, fiable et utile grâce à des choix et des optimisations de méthodes et de technologies : une méthode dédiée de préhension sans contact : les pinces optiques, une maximisation de l'espace de travail de ses actionneurs et capteurs, l'amélioration des performances en terme de dynamique et de bande passante, le développement de nouveau capteur de force robuste à l'environnement, basé sur la vision. Ce travail multidisciplinaire s'appuie sur la réalisation de trois installations expérimentales et sur des collaborations entre des équipes de micromanipulation, d'haptique et de vision.

Les conditions actuelles de transport démontrent par elles-même l'urgence qu'il y'a à intervenir dans la sécurisation des routes par des moyens autres que purement repressifs. Le recours aux véhicules intelligents dotés de technologies de perception et de commande avancées, capables de prendre en charge, au moins en partie, certaines tâches de conduite, semble justier ce point de vue. Dans cette thèse, nous proposons une stratégie de commande basée sur un modèle d'accélération non linéaire de type exponentiel, sûre, robuste, confortable et compatible aussi bien avec les applications de régulation de vitesse intelligente (ACC) qu'avec les applications Stop&Go. Nous proposons également, une stratégie de détection par dépointage de faisceau d'antenne qui augmente sensiblement la distance de détection et permet l'identication de scénarios du trac routier, toutes choses importantes pour la mise en ÷uvre d'une stratégie de commande ecace.

Le diagnostic de défaillances dans le domaine de l'aéronautique est un problème critique à cause des enjeux économiques mais surtout de sûreté des passagers. Dans l'avion les moteurs et ses équipements, régulateurs, périphériques, ... sont les systèmes les plus importants car l'ensemble fournit la puissance nécessaire pour soutenir l'appareil en vol. Une étude préliminaire basée sur les données de maintenance des équipements montre deux systèmes critiques : les vérins du système hydraulique et le système d'huile. Dans les systèmes périphériques du moteur nous trouvons le système hydraulique qui a comme objectif adapter la géométrie du moteur aux nécessités particulières de puissance dans chaque phase de vol. Le système hydraulique est composé d'un certain nombre de vérins inclus dans le circuit du carburant, qui est le fluide qui les actionne. Le vérin VSV (Variable stator Valve), avec sa boucle de régulation, est l'objet de notre étude. Cet actionneur modifie la géométrie de la turbine haute pression pour réussir à avoir une puissance optimale notamment dans le décollage et l'atterrissage. Ces actionneurs sont installés dans la plupart de turbines CFM56-7 fournies par l'entreprise motoriste Hispano-Suiza du Groupe Safran. En ce qui concerne le système d'huile, la lubrification correcte des parties mécaniques mobiles du moteur de l'avion devient critique à cause des vitesses de rotation des éléments mobiles du moteur. Le diagnostic du système décrit est donc le but premier. En complément, là où la maintenance est une partie importante de la vie du système, le pronostic de défaillances et la surveillance du vieillissement est un sujet de plus en plus important. C'est le cas des moteurs aéronautiques dont la maintenance périodique est fondamentale pour la sûreté de fonctionnement du système. En conséquence, le deuxième objectif de cette étude est de coordonner la détection des défaillances avec le pronostic pour réaliser une maintenance adaptative des moteurs. Dans une première partie, on expose les concepts et outils théoriques, basés sur l'analyse de données et la modélisation du système. Ensuite les applications ont été développées en grandeur réelle sur le moteur choisi par l'entreprise, dans le cadre du projet européen TATEM.

Les avancées des dernières décennies dans le domaine de l'électronique ont permis l'intégration plus facile des dispositifs de commande à base de convertisseur sur un plus grand nombre d'applications. L'utilisation de ces dispositifs de commande offre des avantages importants au niveau du dimensionnement et de l'efficacité énergétique, mais, en contrepartie, leur modèle dynamique présente une complexité accrue en particulier à cause des dynamiques hétérogènes des différents composants. Ainsi, en général, on retrouve une dynamique très rapide liée au changement de fonctionnement des composants et une dynamique du reste du système plus lente par rapport à la première.<br />Les travaux de cette thèse abordent les problèmes de la modélisation hybride de ce type de systèmes. Un des points importants des travaux effectués est la mise en place d'en ensemble d'outils et de méthodes permettant d'obtenir un modèle automate hybride équivalent d'un système physique avec des interrupteurs. Dans l'approche proposée l'automate hybride est obtenu par la composition des équations du système issues de l'approche bond-graph commuté et des contraintes introduites par les interrupteurs.<br />La méthodologie proposée est ensuite utilisée pour définir un modèle de simulation sous Simulink.<br />Le problème de la commande est abordé dans le cadre particulier du démarrage d'un convertisseur à double résonance issu d'une application en imagerie médicale.

Ce mémoire concerne les techniques d'indexation dans des bases d'image, ainsi que les méth- odes de localisation en robotique mobile. Il fait le lien entre les travaux en Perception du pôle Robotique et Intelligence Artificilelle du LAAS-CNRS, et les recherches sur la fouille de données menées à l'Université de Rabat. Depuis une dizaine d'années, la vision est devenue une source de données sensorielles essentielles sur les robots mobiles: elle fournit en particulier des représentations de l'environnement dans lequel doit se déplacer un robot. Deux types de représentations peuvent être construites. D'une part les modèles géométriques 3D sont consti- tués de points, de courbes ou de surfaces extraits et reconstruits depuis une séquence d'images; ces modèles permettent au robot de se localiser précisément sous la forme d'une position et d'une orientation dans un repère métrique. D'autre part les modèles fondés sur l'apparence, sont obtenus à partir d'une base d'images acquises lors de déplacements effectués de manière supervisée durant une phase d'apprentissage: des techniques d'analyse de données (ACP, ACI) permettent d'extraire les données les plus pertinentes de cette base; ces modèles permettent au robot de se localiser de manière qualitative ou topologique dans l'environnement. Concernant la vision, seules les représentations fondées sur l'apparence ont été considérées. Le robot se localise en recherchant dans la base d'images, celle qui ressemble le plus à l'image courante : les techniques exploitées pour ce faire sont des méthodes d'indexation, similaires à celles exploitées en fouille de données sur Internet par exemple. De nombreux travaux en Robotique ont déjà exploité ces techniques: citons au LAAS-CNRS une thèse soutenue en 2004, qui traitait déjà de localisation qualitative dans un milieu naturel à partir d'une base d'images panoramiques, indexée par des histogrammes couleur; plus récemment, des travaux menés à Amsterdam, Rennes, Clermont-Ferrand, Lausanne. . . traitaient de l'indexation par des techniques d'appariements de points d'intérêt. Par ailleurs, nous présentons une technique de navigation par RFID (Radio Frequency IDentifier) qui utilise la méthode MonteCarlo, appliquée soit de manière intuitive, soit de manière formelle. Enfin, nous donnons des résultats très péliminaires sur la combinaison d'une perception par capteurs RFID et par capteurs visuels afin d'améliorer la précision de la localisation du robot mobile.

Cette thèse aborde le problème de localisation et cartographie simultanée pour un robot mobile. Lorsque le robot Évolue dans un environnement inconnu, il doit construire une carte au fur et mesure qu'il explore le monde, tout en se localisant dans celle-ci. De l'anglais \textit{Simultaneous Localisation And Mapping}, le SLAM est une brique essentielle de l'architecture d'un robot autonome. Plusieurs éléments sont nécessaire ‡ la résolution du SLAM, en particulier la perception de l'environnement permet d'observer les éléments de référence (appelés amers) qui constituent la carte. Ces travaux se focalisent sur l'utilisation de la vision artificielle comme moyen de percevoir l'environnement, ainsi la carte et la position du robot peuvent être estimées dans l'espace 3D complet. Les caméras numériques sont des capteurs bien adaptés aux systèmes embarqués et fournissent une information riche sur l'environnement. Mais une caméra ne permet pas de mesurer la distance aux objets, dont on n'obtient donc que des observations partielles. En particulier, ceci rend difficile l'ajout d'un nouvel amer dans la carte. Une méthode d'initialisation pour des amers de type point est proposée, elle s'appuie sur un mécanisme de génération puis de sélection d'hypothèses. Une architecture SLAM pour un robot terrestre est décrite dans son ensemble, en particulier une caméra panoramique est utilisée et permet de percevoir l'environnement sur 360 degrés. Cette architecture a été implémentée sur un robot de type ATRV. Une carte de points 3D est pertinente pour la localisation d'un robot, mais donne une information limitée sur la structure de l'environnement. Un algorithme permettant d'utiliser des segments de droite est proposé, et testé sur des données réelles

Le travail présenté dans cette thèse est divisé en deux parties. Dans la première partie, un modèle pour la représentation unifiée de problèmes d'optimisation numérique est proposé. Ce modèle permet de définir un problème d'optimisation indépendamment de la stratégie utilisée pour le résoudre. Cette représentation unifiée est particulièrement appréciable en robotique où une solution analytique des problèmes est rarement possible. La seconde partie traite de l'exécution de mouvements complexes asservis sur un robot humanoïde. Lors de la locomotion d'un tel système, les glissements des points de contact entraînent une dérive qu'il est nécessaire de corriger. Nous proposons ici un modèle permettant d'asservir une tâche de locomotion sur un capteur externe afin de compenser les erreurs d'exécution des mouvements. Un modèle est également proposé permettant de représenter des séquences de tâches de locomotion et de manipulation asservies. Enfin, une méthodologie pour le développement d'applications robotiques complexes est établie. Les stratégies proposées dans le cadre de cette thèse ont été validées sur la plate-forme expérimentale HRP-2.

Cette thèse contribue à la problématique de la planification de trajectoire. Dans le but d'améliorer la recherche d'une trajectoire solution nous présentons une variante de l'approche RRT puis une méthode de planification de mouvement intégrant un opérateur humain dans la boucle de recherche afin de trouver un chemin et ensuite d'animer un personnage virtuel. Après une introduction générale, une présentation du problème de la planification de mouvement est faite et les algorithmes existants les plus connus sont présentés dans le second chapitre. Les travaux sur lesquels ce chapitre se base sont présentés plus en détails. Une nouvelle méthode de planification développée pour des environnements spécifiques, orientée vers l'utilisation dans l'animation de personnage, est décrite. Enfin plusieurs tests et une analyse approfondie sont réalisés sur différents environnements et permettent de montrer les avantages de l'approche. Le troisième chapitre introduit une nouvelle méthode de planification interactive, qui fait coopérer un opérateur et un algorithme de planification de mouvement dans une boucle d'interaction. La méthode se base sur un échange de pseudo-forces entre l'utilisateur et l'algorithme à travers une scène virtuelle avec des périphériques interactifs du type souris 3D et bras haptique. Différents exemples permettent d'illustrer l'approche, et un cas emprunté à l'industrie automobile est présenté. Une étude est réalisée et montre l'influence de différents paramètres sur les performances de l'algorithme. Le quatrième chapitre présente une méthode d'animation de personnages interactive et intuitive. En se basant sur des travaux utilisant l'interpolation de captures de mouvements pour animer un personnage et sur la méthode du chapitre précédent, cette méthode introduit un aspect interactif qui permet de créer des trajectoires animées de personnages virtuels en respectant la volonté de l'utilisateur. Plusieurs exemples viennent illustrer cette méthode et en montr er les avantages.

L'apparition de robots de service de plus en plus complexes ouvre de nouvelles perspectives quant aux tâches de manipulation d'objets. Malgré les progrès récents des techniques de plani fication de mouvement, peu d'entre elles s'intéressent directement à des systèmes multi-bras comme les torses humanoïdes. Notre contribution à travers cette thèse porte sur trois aspects. Nous proposons une technique de planification de mouvement performante basée sur la coordination des mouvements du système multi-bras. Elle exploite au mieux la structure du système en la divisant en parties élémentaires dont les mouvements sont planifiés indépendamment du reste du système. La fusion des différents réseaux élémentaires générés est ensuite réalisée dans le but d'obtenir un graphe prenant en compte le robot tout entier. Une seconde contribution porte sur l'extension des méthodes de planification pour des robots présentant des chaînes cinématiques fermées. Ces boucles cinématiques apparaissent dans le système lorsque, par exemple, le torse humanoïde saisit un objet avec plusieurs bras. Cette méthode traite explicitement les configurations singulières des manipulateurs, offrant ainsi une meilleure maniabilité de l'objet. Finalement, nous proposons deux approches pour la planification de tâches de manipulation d'objets par un torse humanoïde. La première concerne la résolution d'une tâche de prise et pose d'objets par un torse humanoïde à deux bras dans le cas où les contraintes imposées par la tâche nécessitent le passage par une double prise afin de transférer l'objet d'une main à l'autre. La seconde porte sur la résolution du même type de tâche par un manipulateur mobile. La thèse, effectuée dans le cadre du projet européen Phriends, présente les résultats d'expérimentations réalisées sur le robot Justin, démonstrateur du projet.