Cette thèse traite du problème fondamental que constitue la planification de trajectoires de robots manipulateurs. Une première partie précise le contexte robotique de notre travail et présente le système général de programmation automatique développe au Lifia. Nous analysons ensuite l'importance de la représentation des connaissances nécessaires aux raisonnements géométriques particuliers a la planification de déplacements. Les méthodes de modélisation et les concepts de représentation que nous avons mis en oeuvre sont ensuite présentes. Une deuxième partie traite de la planification de trajectoires pour une structure articulée. Une methode de planification globale par construction de l'espace des configurations est présentée, ainsi qu'une methode de replanification locale par application de champs de potentiels et, enfin, une methode hybride réalisant la synthèse de ces approches complémentaires, pour lesquelles sont décrits algorithmes, résultats d'expérimentation et futurs développements

Utilisation du raisonnement géométrique pour la planification de mouvements en robotique. Utilisation de l'intelligence artificielle et de la modélisation géométrique pour la programmation automatique des robots. Cas des mouvements fins correspondants a un assemblage

Système de planification de toutes les opérations nécessaires à la réalisation d'un assemblage telles que la reconnaissance, la saisie et le transport de la pièce à monter. Une architecture basée sur l'utilisation d'une hiérarchie de filtres est utilisée comme structure de contrôle

Analyse des besoins en modélisation géométrique pour la robotique et définition d'un modèle approprié. Présentation du raisonnement géométrique pour l'automatisation de la préhension dans le contexte d'une tache d'assemblage et on propose une architecture de système pour la programmation automatique des robots de manipulation.

La planification du mouvement connait une utilisation croissante dans le contexte industriel. Qu'elle soit destinée à la programmation des robots dans l'usine ou au calcul de l'assemblage d'une pièce mécanique, la planification au travers des algorithmes probabilistes est particulièrement efficace pour résoudre des problèmes complexes et difficiles pour l'opérateur humain. Cette thèse CIFRE, effectuée en collaboration entre le laboratoire de recherche LAAS-CNRS et la jeune entreprise Kineo CAM, s'attache à résoudre la problématique de planification de mouvement dans l'usine numérique. Nous avons identifié trois domaines auxquels s'intéressent les partenaires industriels et nous apportons des contributions dans chacun d'eux: la détection de collision, le volume balayé et le mouvement en collision. La détection de collision est un opérateur critique pour analyser des maquettes numériques. Les algorithmes de planification de mouvement font si souvent appel à cet opérateur qu'il représente un point critique pour les performances. C'est pourquoi, il existe une grande variété d'algorithmes spécialisés pour chaque type de géométries possibles. Cette diversité de solutions induit une difficulté pour l'intégration de plusieurs types de géométries dans la même architecture. Nous proposons une structure algorithmique rassemblant des types géométriques hétérogènes pour effectuer les tests de proximité entre eux. Cette architecture distingue un noyau algorithmique commun entre des approches de division de l'espace, et des tests spécialisés pour un couple de primitives géométriques donné. Nous offrons ainsi la possibilité de facilement ajouter des types de données nouveaux sans pénaliser la performance. Notre approche est validée sur un cas de robot humanoïde qui navigue dans un environnement inconnu grâce à la vision. Concernant le volume balayé, il est utilisé pour visualiser l'étendue d'un mouvement, qu'il soit la vibration d'un moteur ou le geste d'un mannequin virtuel. L'app roche la plus innovante de la littérature repose sur la puissance du matériel graphique pour approximer le volume balayé très rapidement. Elle est toutefois limitée en entrée à un seul objet, qui lui-même doit décrire un volume fermé. Afin d'adapter cet algorithme au contexte de la conception numérique, nous modifions son comportement pour traiter des " soupes de polygones " ainsi que des trajectoires discontinues. Nous montrons son efficacité sur les mouvements de désassemblage pour des pièces avec un grand nombre de polygones. Une soupe de polygones est plus difficile à manipuler qu'un volume bien formé. Le calcul du volume balayé introduit des opérateurs d'agrandissement et de rétrécissement des objets discrétisés. Le rétrécissement peut être utilisé pour d'autres applications dans la planification du mouvement à condition que la topologie de l'objet soit conservée pendant la transformation. Afin de préserver celle-ci, nous définissons le calcul du squelette qui préserve l'équivalence topologique. En gardant le squelette, nous employons l'opérateur de rétrécissement pour chercher les passages étroits des problèmes difficiles de planification de mouvement. Enfin, nous abordons le problème de la planification de mouvement en collision. Cette antilogie exprime la capacité d'autoriser une collision bornée pendant la recherche de trajectoire. Ceci permet de résoudre certains problèmes d'assemblage très difficiles. Par exemple, lors du calcul des séquences de désassemblage, il peut être utile de permettre à des "pièces obstacles" telles que les vis de se déplacer pendant la planification. De plus, en autorisant la collision, nous sommes capables de résoudre des problèmes de passage en force. Cette problématique se pose souvent dans la maquette numérique où certaines pièces sont " souples " ou si le problème consiste à identifier la trajectoire "la moins pire" quand aucun chemin sans collision n'existe. Nous apportons dans ce travail plusieurs contributions qui s'appliq uent à la conception numérique pour la robotique industrielle. Nous essayons de marier une approche scientifique avec des critères de fonctionnalités strictes pour mieux s'adapter aux utilisateurs de la conception numérique. Nous cherchons à exposer les avantages et les inconvénients de nos approches tout au long du manuscrit.

La préparation des enseignants du secondaire gabonais à la prise en compte des erreurs des élèves en géométrie nous a conduits à questionner leur formation initiale. Ce questionnement a débouché sur la nécessité de concevoir et d’expérimenter une formation initiale à l’enseignement de la géométrie axée sur une articulation entre visualisation et raisonnements. La présente recherche vise l’étude des rapports aux savoirs de futurs enseignants au cours de cette formation. Pour atteindre cet objectif, nous nous sommes basés sur une articulation de plusieurs cadres théoriques. Ainsi, les rapports aux savoirs de ces futurs enseignants ont été appréhendés selon deux perspectives : les rapports à l’apprendre et les rapports à faire apprendre (Caillot, 2014). À ces deux perspectives, nous avons joint trois dimensions : identitaire, sociale et épistémique (Charlot et al., 1992). Nous avons choisi d’appréhender les dimensions identitaire et sociale à travers la dialectique outil-objet (Douady, 1986) et la dimension épistémique au moyen du modèle d’articulation visualisation-raisonnements inspiré de Duval (2005). Les rapports aux savoirs émergeant pendant la formation ont par la suite été expliqués par les interactions entre trois postures épistémologiques (DeBlois et Squalli, 2002). Ces explications se sont fondées sur le modèle de DeBlois (2012). Notre méthodologie s’est axée autour d’une expérimentation didactique (Steffe et D’Ambrosio, 1996). Ainsi, les rapports aux savoirs de cinq futurs enseignants ont été étudiés lors des différentes composantes de la formation. Il a été possible de mettre en lumière le fait que les futurs enseignants s’illustrent en début de formation soit par des rapports aux savoirs de nature heuristique, soit par des rapports aux savoirs de nature formelle. Les rapports aux savoirs de nature heuristique se caractérisent par une préoccupation pour la visualisation, alors que les rapports aux savoirs de nature formelle montrent une préoccupation pour le raisonnement déductif. La thèse montre par ailleurs que la formation a fait émerger des rapports aux savoirs de nature pragmatique. Ces rapports aux savoirs se caractérisent par une plus grande préoccupation pour l’articulation visualisation-raisonnements et favorisent une prise en compte des erreurs des élèves basée sur cette articulation. Les rapports aux savoirs de nature heuristique et de nature formelle s’expliquent par une tension entre les postures de l’ancien élève et de l’étudiant se soldant à l’avantage de la première. Les rapports aux savoirs de nature pragmatique résultent d’une synergie entre les postures de l’étudiant et de l’enseignant. / The preparation of Gabonese teachers in secondary school to take into account the errors of students in geometry led us to question their pre-service training. This questioning has led to design and experiment a pre-service training in geometry teaching based on connection between visualization and reasoning. This research aims to study relationships to knowledge of pre-service teachers during this training. To achieve this goal we are based on several frameworks. Thus, these pre-service teachers's relationships to knowledge have been apprehended through two perspectives: relationships to learn and relationships to teach (Caillot, 2014). In these two perspectives, we have added three dimensions: identity, social and epistemic (Charlot et al., 1992). We chose to apprehend the dimensions of identity and social through the Dialectic Tool-Object (Douady, 1986) and the epistemic dimension using visualization-reasoning articulation model inspired by Duval (2005). The relationships to knowledge of pre-service teachers emerging during the training were later explained by the interactions between the three epistemological stances they adopted (DeBlois et Squalli, 2002). These explanations were based on the model of DeBlois (2012). Our methodology focused on a formative experiment (Steffe et D’Ambrosio, 1996). Thus, relationships to knowledge of five pre-service teachers were studied during the different components of the training. It has been possible to highlight the fact that pre-service teachers are illustrated at the beginning of training by heuristic or formal relationships to knowledge. Heuristic relationships are characterized by a concern for visualization, while formal relationships show a concern for deductive reasoning. The thesis also shows that the training has led to the emergence of pragmatic relationships to knowledge. These relationships to knowledge are characterized by a greater concern for the connection of visualization-reasoning and promote the taking into account of pupils’ errors based on this connection. The heuristic and formal relationships are explained by a tension between former-pupil stance and student stance, which resulted in advantage of the first. Pragmatic relationships to knowledge seems result from a synergy between student stance and teacher stance.