Exploration multirobot dans des conditions de communication non idéales

Multi-robot exploration under non-ideal communication conditions

• Auteur / Autrice : Facundo Benavides Olivera
• Direction : Janette Cardoso, Eduardo Grampin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique et Informatique
• Date : Soutenance le 14/02/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE en cotutelle avec Universidad de la República (Montevideo)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe d'accueil doctoral Commande des systèmes et dynamique du vol (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département d’ingénierie des systèmes complexes
• Jury : Président / Présidente : François Charpillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Janette Cardoso, Eduardo Grampin, François Charpillet, Alfredo Weitzenfeld, Maria Isabel Amigo, Alvaro Martîn
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Charpillet, Alfredo Weitzenfeld

Mots clés

Mots clés contrôlés

Espace extra-atmosphérique -- Exploration

Robotique

Mots clés libres

Missions d’exploration

Systèmes coopératifs

Systèmes multi-Robot coordonnés

Environnements avec communication restreinte

Exploration missions

Cooperative systems

Multi-Robot coordinated systems

Communication restricted environments

Résumé

Le problème d’exploration est un sujet fondamental de la robotique mobileautonome qui traite la réalisation de la catographie complète (mapping) d’un environnementprécédemment inconnu. Il y a plusieurs scénarios où l’achèvement de l’exploration d’unezone est une composante principale de la mission à accomplir. Par exemple: l’explorationplanétaire, la reconnaissance, la recherche et le sauvetage, l’agriculture, le nettoyage des lieuxdangereux, comme champs de mines et des zones radioactives. D’autre part, la communicationsans fil joue un rôle important dans les stratégies multi-robot collaboratives. Malheureusement,la supposition ou l’exigence de communication stable, ou encore, la connectivité continue,peuvent être compromises dans des scénarios réels. Dans cette thèse, deux nouvellesapproches abordent le problème d’exploration multi-robot d’environnements, en considérantune communication restreinte. D’abord, une stratégie multi-objectif auto-adaptative est proposéepour diriger la sélection de tâches en tennant compte de la performance d’explorationet du niveau de connectivité. Deuxièmement, deux rôles – l’explorateur et le relais de communication– sont considérés pour améliorer la stratégie de sélection de tâche précédente. Basésur le modèle de communication, une nouvelle approche de placement de robot relais pour desmissions d’exploration multi-robot est présentée en détail. Comparé avec d’autres approchesde l’état de l’art, les deux approches proposées dans cette thèse sont capables de diminuer ladurée de périodes de déconnexion sans dégradation considérable sur temps d’exploration.

The exploration problem is a fundamental subject in autonomous mobilerobotics that deals with achieving the complete coverage of a previously unknown environment.There are several scenarios where completing exploration of a zone is a main part of themission, e.g. planetary exploration, reconnaissance, search and rescue, agriculture, cleaning,or dangerous places as mined lands and radioactive zones. Wireless communication plays animportant role in collaborative multi-robot strategies. Unfortunately, the assumption or requirementof stable communication and end-to-end connectivity may be easily compromised inreal scenarios. In this thesis, two novel approaches to tackle the problem of multi-robot explorationof communication constrained environments are proposed. At first, an auto-adaptivemulti-objective strategy is followed in order to support the selection of tasks regarding bothexploration performance and connectivity level. Secondly, two roles –explorer and communicationrelay– are considered in order to improve the benefits of the previous task selectionstrategy. Based on the communication model, a novel polynomial-time relay placement approachfor multi-robot exploration missions is introduced in detail. Compared with others,the proposed approaches are capable of decreasing the last of disconnection periods withouta noticeable degradation of the completion exploration time.