Ces travaux de thèse traitent de la génération de mouvements optimaux pour les robots humanoïdes. La plupart des méthodes de génération de mouvements sont inspirées de celles utilisées pour les robots manipulateurs. Elles se basent sur l'utilisation d'un algorithme d'optimisation qui nécessite une paramétrisation du mouvement ainsi qu'une discrétisation temporelle des contraintes définissant les limites physiques du robot. Nous montrons qu'une discrétisation faite à partir d'une grille temporelle peut compromettre la sécurité et l'intégrité des robots. De ce fait, nous proposons une nouvelle méthode de discrétisation garantie qui calcule les extrema des contraintes sur des intervalles de temps couvrant toute la durée du mouvement. Cette méthode de discrétisation pour le calcul des contraintes, nécessite un temps de calcul important. Nous avons, donc, développé une méthode hybride qui assure la validité des contraintes pour des temps de calcul comparables à celui des méthodes classiques. Cette méthode nous permet ainsi de générer une base de données de mouvements que nous avons utilisée lors d'une expérimentation de suivi de cible mobile. Nous sommes, donc, en mesure de générer un mouvement optimal parfaitement adapté à une configuration de l'environnement. Cependant, aucune méthode ne dispose d'un temps de calcul qui permette de réagir rapidement à une modification de l'environnement. Par conséquent, nous présentons une méthode de re-planification qui permet de générer un nouveau mouvement à partir d'un mouvement optimal calculé précédemment. Pour cela, nous calculons, hors-ligne, un sous-ensemble faisable autour des paramètres du mouvement qui vérifient les limites du robot. La re-planification consiste, alors, à chercher, en ligne, dans ce sous-ensemble les paramètres qui satisfont la nouvelle configuration de l'environnement. Nous avons testé la méthode de re-planification avec un mouvement de coup de pied où la position de la balle varie et nous obtenons un mouvement adapté en 1.5 s de temps de calcul.

Cette thèse fait partie d'un travail collaboratif avec des partenaires industriels et universitaires. Ses 2 principaux résultats sont : - La modélisation en 3D d'une vendangeuse qui est un exemple typique de véhicule tout-terrain reconfigurable. Le contexte de l'environnement 'tout-terrain' a focalisé cette étude sur un modèle d'interaction pneumatique/sol qui prenne en compte les inégalités et les déformations du terrain. En particulier, on tient compte du fait que chaque contact roue/sol n'est pas ponctuel et qu'a fortiori, les 4 zones de contacts ne sont pas coplanaires. Un calcul ensembliste des zones de contact est fait en utilisant une version de l'algorithme SIVIA adaptée à MATLAB. Le résultat pour chaque zone de contact est un sous pavage ou une boite englobante selon la précision et la rapidité de calcul souhaitée. On dispose ainsi d'un ensemble de polygones de sustentation pour faire un diagnostic de non renversement du véhicule. - La définition de 2 indicateurs du risque de renversement sont ensuite proposés. L'un d'eux se base sur le concept de "Zero Moment Point (ZMP)" en calculant une distance de la position du ZMP par rapport aux 4 côtés de l'ensemble des polygones de sustentation. L'autre critère de tendance au renversement calcule la vitesse de rotation du véhicule par rapport à un ensemble d'axes de renversement. La prédiction du risque de renversement est proposée sous la forme de la prédiction de la position du ZMP ou du critère "Time to Rollover". Chacune de ces méthodes ont été évaluées avec des données expérimentales réelles et simulées. La suite de ce travail est une mise en commun de ces résultats avec d'autres méthodes proposées par nos partenaires.

La segmentation d'images est un domaine important dans le traitement d'images et un grand nombre d'approches différentes ent été développées pendant ces dernières décennies. L'approche des contours actifs est un des plus populaires. Dans ce cadre, cette thèse vise à développer des algorithmes robustes, qui peuvent segmenter des images avec des inhomogénéités d'intensité. Nous nous concentrons sur l'étude des énergies externes basées région dans le cadre des ensembles de niveaux. Précisément, nous abordons la difficulté de choisir l'échelle de la fenêtre spatiale qui définit la localité. Notre contribution principale est d'avoir proposé une échelle adaptative pour les méthodes de segmentation basées sur les statistiques locales. Nous utilisons l'approche d'Intersection des Intervalles de Confiance pour définir une échelle position-dépendante pour l'estimation des statistiques image. L'échelle est optimale dans le sens où elle donne le meilleur compromis entre le biais et la variance de l'approximation polynomiale locale de l'image observée conditionnellement à la segmentation actuelle. De plus, pour le model de segmentation basé sur une interprétation Bahésienne avec deux noyaux locaux, nous suggérons de considérer leurs valeurs séparément. Notre proposition donne une segmentation plus lisse avec moins de délocalisations que la méthode originale. Des expériences comparatives de notre proposition à d'autres méthodes de segmentation basées sur des statistiques locales sont effectuées. Les résultats quantitatifs réalisés sur des images ultrasonores de simulation, montrent que la méthode proposée est plus robuste au phénomène d'atténuation. Des expériences sur des images réelles montrent également l'utilité de notre approche.

Aujourd’hui, la localisation de robots sous-marins demeure une tâche complexe. L’utilisation de capteurs habituels est impossible sous la surface, tels que ceux reposant sur les systèmes de géolocalisation par satellites. Les approches inertielles sont quant à elles limitées par leur forte dérive dans le temps. De plus, les fonds marins sont généralement homogènes et non structurés, rendant difficile l’utilisation de méthodes SLAM connues, qui couplent la localisation et la cartographie de manière simultanée. Il devient donc nécessaire d’explorer de nouvelles alternatives. Notre approche consiste à traiter un problème de SLAM de manière purement temporelle. L’originalité de ce travail est de représenter le temps comme une variable classique qu’il faut estimer. Cette stratégie soulève de nouvelles opportunités dans le domaine de l’estimation d’état, permettant de traiter de nombreux problèmes sous un autre angle. Toutefois, une telle résolution temporelle demande un ensemble d’outils théoriques qu’il convient de développer. Cette thèse n’est donc pas seulement une contribution dans le monde de la robotique mobile, elle propose également une nouvelle démarche dans les domaines de la propagation de contraintes et des méthodes ensemblistes. Cette étude apporte de nouveaux outils de programmation par contracteurs qui permettent le développement de solveurs pour des systèmes dynamiques. Les composants étudiés sont mis en application tout au long de ce document autours de problèmes robotiques concrets. / The localization of underwater robots remains a challenging issue. Usual sensors, such as Global NavigationSatellite System (GNSS) receivers, cannot be used under the surface and other inertial systems suffer from a strong integration drift. On top of that, the seabed is generally uniform and unstructured, making it difficult to apply usual Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) methods to perform a localization.Hence, innovative approaches have to be explored. The presented method can be characterized as a raw-data SLAM approach, but we propose a temporal resolution – which differs from usual methods – by considering time as a standard variable to be estimated. This concept raises new opportunities for state estimation, under-exploited so far. However, such temporal resolution is not straightforward and requires a set of theoretical tools in order to achieve the main purpose of localization.This thesis is thus not only a contribution in the field of mobile robotics, it also offers new perspectives in the areas of constraint programming and set-membership approaches. We provide a reliable contractor programming framework in order to build solvers for dynamical systems. This set of tools is illustrated throughout this document with realistic robotic applications.

Mes travaux de recherches en thèse s’inscrivent dans le cadre du projet FUIE-monitorâge. L’objectif du projet, réunissant de nombreux partenaires industriels et universitaires, est d’améliorer la prise en charge individualisée et la sécurité du résident dans les établissements d’hébergement pour personnes âgées dépendantes(EHPAD). Dans ce travail, nous avons élaboré une méthode de fusion de données multimodales issues des différents capteurs installés dans un smart home. Ces informations sont utilisées pour la localisation intérieure des personnes afin de surveiller leurs activités journalières. Généralement, les mesures issues des capteurs sont soumises à des incertitudes. Dans nos travaux, ces erreurs sont supposées inconnues mais bornées. En tenant compte de cette hypothèse, une méthode de résolution d’un problème d’estimation d’état est élaborée en se basant sur des calculs ensemblistes. Notre algorithme de filtrage ensembliste comporte deux étapes. La première, dite de prédiction, est basée sur l’utilisation d’un modèle de marche aléatoire avec des hypothèses minimales (vitesse de déplacement maximale) pour prédire la zone où se trouve la personne. La deuxième étape, dite de correction, consiste à utiliser la mesure pour affiner cette zone. Cette étape utilise une technique de propagation de contraintes relâchée, q-relaxed intersection, pour permettre une meilleure robustesse par rapport aux données aberrantes. Notre algorithme est capable de quantifier, par un intervalle, l’incertitude commise sur les positions de cibles en mouvement tout en détectant les défauts de capteurs. / Our research work is a part of the project FUI 14 FEDER Collectivités E-monitor’âge. This project takes place within the framework of Ambient Assisted Living (AAL) which aims to improve the safety and the comfort of elderly people living in smart nursing homes. This work aims to monitor the activities of elderly persons using information from different sensors. The ADL (Activities of Daily Living) are used to evaluate the ability of the person to perform on their own a selection of the activities which are essential for an independent living in the everyday life. Generally, process knowledge and measurements coming from sensors are prone to indeterminable noise. In our work, we suppose that these errors are unknown but bounded. Taking into account this hypothesis, we show how to solve the estimation issue using set-membership computations techniques. Our algorithm, based on set-membership approach, consists of two steps. The prediction step, based on the use of a random walk mobility with minimum assumptions (maximum speed of moving), employs the previous state estimate to provide the prediction zone where the person may be located. The correction step uses the informations coming from the sensors to refine this predicted zone. This step uses a relaxed constraints propagation technique, q-relaxed intersection, to deal with faulty measurements. This proposed method allows us to compute the uncertainty domain for the reconstructed localization of moving targets as dealing with outliers.

Cette thèse porte sur la conception d’une classe particulière d’estimateurs d'état, les observateurs intervalles. L’objectif est d’estimer de manière garantie, les bornes supérieure et inférieure de l’ensemble admissible de l'état d’un système, à chaque instant de temps. L’approche considérée repose sur la connaissance a priori du domaine d’appartenance, supposé borné, des incertitudes du système (incertitudes de modélisation, perturbations, bruits, etc). Une classe d'observateurs intervalles à entrées inconnues est proposée pour la classe des systèmes Linéaires à Paramètres Variants (LPV). La synthèse des paramètres de l’observateur repose sur la résolution d’un problème d’optimisation sous contraintes de type inégalités matricielles linéaires (LMI) permettant de garantir simultanément les conditions d’existence de l’observateur ainsi qu’un niveau de performance, soit dans un contexte énergie, soit dans un contexte amplitude ou soit dans un contexte mixte énergie/amplitude. Plus particulièrement, la performance de l'observateur repose sur une technique de découplage pour annuler les effets des entrées inconnues et une technique d’optimisation destinée à minimiser, au sens de critères de type gain L2et/ou gain L∞, les effets des perturbations sur la largeur totale de l’enveloppe de l'état du système LPV. La méthodologie de synthèse proposée est illustrée sur un exemple académique. Enfin, la méthodologie est appliquée au cas de la phase d’atterrissage du véhicule spatial HL20, sous des conditions de simulations réalistes. / This thesis addresses the design of a class of estimator, named interval obser-ver, which evaluates in a guaranteed way, a set for the state of the system at each instant of time. The proposed approach is based on a priori knowledge of bounded sets for the system uncertainties (modeling uncertainties, disturbances, noise, etc.). A methodology to design an interval observer is proposed for the class of Linear Parameter Varying (LPV) Systems. The feasibility of the latter is based on the resolution of linear Matrix Inequalities (LMI) constraints allowing to simultaneously get the existence conditions of the intervalobserver and a certain level of a priori given performance for the state estimation of the system. Specifically, the performance of the estimates is based on a decoupling technique to avoid the effects of unknown inputs and an optimization technique to minimize, in the L2 and/or L∞ gain sense, the effects of disturbances on the estimated interval length for the state of the LPV system. The design methodology is illustrated on academic examples.Finally, the methodology is applied on the landing phase of the HL20 shuttle.

Les analyses de sûreté de fonctionnement standards sont basées sur la représentation des événements redoutés par des arbres de défaillances, qui les décrivent à l'aide de combinaison logiques d'événements plus basiques (formules Booléennes complexes). Les analyses quantitatives se font avec l'hypothèse que les probabilités d'occurrence de ces événements basiques sont connues. Le but de cette thèse est d'étudier l'impact de l'incertitude épistémique sur les événements élémentaires, ainsi que la propagation de cette incertitude à de plus hauts niveaux. Le problème soulevé est comment calculer l'intervalle de probabilité dans lequel se trouvera l'occurrence d'un événement redouté, lorsque les événements basiques qui le décrivent ont eux-mêmes une probabilité imprécise. Lorsque l'indépendance stochastique est supposée, on se retrouve avec un problème NP-hard. Nous avons donc développé un algorithme permettant de calculer l'intervalle exact dans lequel se trouvera la probabilité d'occurrence d'un événement redouté, grâce à des techniques d'analyse par intervalles. Cet algorithme a également été étendu dans le cas où les probabilités des événements basiques évolueraient en fonction du temps. Nous avons également utilisé une approche par fonctions de croyance pour étudier le cas où l'indépendance stochastique des événements ne peut pas être démontrée : on suppose alors que les probabilités viennent de différentes sources d'information Indépendantes. Dans ce cas, les mesures de plausibilité et de nécessité d'une formule Booléenne complexe sont difficiles à calculer, néanmoins nous avons pu dégager des situations pratiques dans le cadre de leur utilisation pour les Arbres de défaillances pour lesquelles elles se prêtent aux calculs. / Standard approaches to reliability analysis relies on a probabilistic analysis of critical events based on fault tree representations. However in practice, and especially for preventive maintenance tasks, the probabilities ruling the occurrence of these events are seldom precisely known. The aim of this thesis is to study the impact of epistemic uncertainty on probabilities of elementary events such as failures over the probability of some higher level critical event. The fundamental problem addressed by the thesis is thus to compute the probability interval for a Boolean proposition representing a failure condition, given the probability intervals of atomic propositions. When the stochastic independence is assumed, we face a problem of interval analysis, which is NP-hard in general. We have provided an original algorithm that computes the output probability interval exactly, taking into account the monotonicity of the obtained function in terms of some variables so as to reduce the uncertainty. We have also considered the evolution of the probability interval with time, assuming parameters of the reliability function to be imprecisely known. Besides, taking advantage of the fact that a probability interval on a binary space can be modelled by a belief function, we have solved the same problem with a different assumption, namely information source independence. While the problem of computing the belief and plausibility of a Boolean proposition are even harder to compute, we have shown that in practical situations such as usual fault-trees, the additivity condition of probability theory is still valid, which simplifies this calculation. A prototype has been developed to compute the probability interval for a complex Boolean proposition.

Ce manuscrit est dédié à la résolution du problème de localisation dans les réseaux de capteurs sans fil mobiles. Les méthodes développées se basent principalement sur des caractéristiques de fingerprints ainsi que sur des informations de mobilité. Les premières s'attaquent aux valeurs de RSSI entre capteurs tandis que les deuxièmes prennent en considération la mobilité des capteurs mesurée à l'aide d'accéléromètres et de gyroscopes. La combinaison des données collectées est effectuée dans le cadre de l'analyse par intervalles, ou bien du filtrage de Kalman. Les travaux proposés introduisent des modèles de mobilité d'ordres un, deux ou trois, permettant d'approximer au mieux les trajectoires des capteurs à l'aide des accélérations mesurées. Ceux-là sont couplés à l'algorithme des K plus proches voisins, d'abord dans un système centralisé. Ensuite, les modèles de mobilités sont améliorés pour prendre en compte les rotations des nœuds. Une méthode de localisation décentralisée est également proposée dans ce qui suit, s'adaptant au mécanisme fonctionnel des réseaux de capteurs de grande échelle. Enfin, ce manuscrit propose une méthode de zonage visant à déterminer les zones dans lesquelles les capteurs résident. La méthode proposée aborde le problème de zonage en utilisant à la fois la théorie des fonctions de croyance et l'analyse par intervalles / This thesis is dedicated to solve the localization problem in mobile wireless sensor networks. It works mainly with fingerprints features and inertial movements information. The former tackles the RSSIs values between sensors while the latter deals with the objets movement attitude by using accelerometer and gyroscope. The combination of both information is performed in terms of interval analysis, or Kalman filtering. The proposed work introduces three orders mobility models to approximate nodes trajectories using accelerations, combined then to the weighted K nearest neighbors algorithm in a centralized scheme. Then the mobility models are extended up to the inertial information taking into consideration the rotations of the nodes. A decentralized localization method is also proposed in the following in view of the working mechanism of large scale sensor networks. Finally, this thesis proposes a zoning localization method aiming at determining the zones in which the nodes reside. The proposed method addresses the zoning problem by using both the belief functions theory and the interval analysis

Le travail produit s'inscrit dans un cadre industriel piloté par la société 2MoRO Solutions. La réalisation présentée dans cette thèse doit servir à l'élaboration d'un service à haute valeur, permettant aux exploitants aéronautiques d'optimiser leurs actions de maintenance. Les résultats obtenus permettent d'intégrer et de regrouper les tâches de maintenance en vue de minimiser la durée d'immobilisation des aéronefs et d'en réduire les risques de panne.La méthode que nous proposons comporte trois étapes : (i) une étape de rationalisation des séquences afin de pouvoir les combiner [...] / The present work is part of an industrial project driven by 2MoRO Solutions company.It aims to develop a high value service enabling aircraft operators to optimize their maintenance actions.Given the large amount of data available around aircraft exploitation, we aim to analyse the historical events recorded with each aircraft in order to extract maintenance forecasting. Theresults are used to integrate and consolidate maintenance tasks in order to minimize aircraft downtime and risk of failure. The proposed method involves three steps : (i) streamlining information in order to combinethem, (ii) organizing this data for easy analysis and (iii) an extraction step of useful knowledgein the form of interesting sequences. [...]

La numération plaquettaire est une analyse délicate et le résultat est souvent erroné notamment du fait d’une tendance à l’agrégation in vitro dans certaines espèces animales. Il a ainsi pu être démontré chez le Chat que ce phénomène peut être inhibé par l’association d’un anticoagulant avec des inhibiteurs plaquettaires : le CTAD (Citrate, Théophylline, Adénosine et Dipyridamole). Cette association permet ainsi l’obtention de numérations plaquettaires fiables sans affecter les autres populations sanguines, mais également d’effectuer des analyses d’hémostase et de biochimie. De nouveaux intervalles de référence ont dû être établis pour certaines variables hématologiques avec les analyseurs utilisés en laboratoire et dans les cliniques vétérinaires. Par ailleurs, si les effets antiagrégants du CTAD sont moins nets chez le Chien, il peut également servir d’anticoagulant « universel », permettant de réduire le nombre de prélèvements et d’améliorer ainsi le bien-être des animaux. / The platelet count is a delicate measurement, which may often be erroneous because of the tendency of platelets from some animal species to aggregate in vitro. This study demonstrated that this effect can be inhibited in cats using CTAD (Citrate, Theophylline, Adenosine and Dipyridamole) composed of an anticoagulant and platelet inhibitors. This association provides reliable platelet counts without affecting other blood populations and also allows hemostasis and biochemical analyses. New hematological reference intervals have been established for some variables with analyzers used in clinical pathology laboratories and veterinary clinics. Furthermore, if the antiplatelet clumping effects of CTAD are less marked in canine species, the CTAD can also serve as "universal" anticoagulant, reducing the number of blood samples and thus improving animal welfare.