Diagnostic de plateformes robotisées. Méthode hybride évolutive intégrant une interaction avec un opérateur expert. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Diagnosis of robotic platforms. Evolutionary hybrid method integrating interaction with an expert operator

Diagnostic de plateformes robotisées. Méthode hybride évolutive intégrant une interaction avec un opérateur expert.

Résumé

Robotics is becoming increasingly important in a wide variety of sectors. Its development has been favored by the interest for Man to have autonomous entities capable of helping him to perform actions that are difficult or impossible for human being, either because of their painfulness or because of their dangerousness. The Mobile robotics, one of the sectors of robotics, pursues this objective thanks to technological and scientific advances in different areas such as mechanics, electronics, automation and computer science. These robots navigate autonomously in complex environments and over long periods of time. Their algorithms guarantee a certain robustness while dealing with foreseen situations.However, in some situations (malfunctioning of a physical component of the robot, loss in GPS signal while executing a trajectory tracking task, etc.), the appearance of a fault may cause the robot to fail in its mission.In order to avoid this type of situation, real-time fault diagnosis integrating a human operator in its fault detection and fault accommodation loops appears to be a possible and potentially effective solution. The work described is aimed at this objective. It offers, on the one hand, a fault diagnosis supervision system of a mobile robot and, on the other hand, a set of tools for modeling, parameterizing and applying for diagnosis methods to potential fault of a robot.The first part of the contributions is composed of two modules. The first module is a hybrid diagnostic method that implements several approaches and types of fault diagnosis approach. This method can diagnose a defined list of faults in real time. The second is a human/robot interaction module allowing the integration of the operator in the diagnostic loop by proposing/validating solutions and by correcting, if necessary, the decisions made by the proposed hybrid method. This module integrates a knowledge database and a case-based reasoning algorithm allowing to save the history of the decisions made by the operator, considered expert, in order to improve his performance continuously.The second part details the approach done off-line and upstream to the implementation of the hybrid diagnostic method. This approach includes the characterization of the considered faults, the definition and the adaptation of the diagnosis methods making it possible to diagnose the identified faults. The adaptation consists of defining the models, adjusting the parameters and, in some cases, collecting training data. From experimental point of view, the theoretical developments are validated on data coming from a real skid-steering robot and from simulations.Literally, this document details these works in five chapters. The first chapter introduces the context of the thesis. The second defines the problem statement, the proposed hypotheses and describes the state of the literature of fault diagnosis methods. Theoretical developments concerning fault diagnosis supervision system of mobile robotics and the tools leading to its configuration are described in two chapters that follow. The application results of the theoretical developments in simulation and on a real robot case are shown and discussed in the fifth chapter. Finally, a conclusion and the possible perspectives of this work are presented.
La robotique occupe une place grandissante dans des secteurs très variés allant de l'agriculture à l'industrie. Son développement s'est vu favorisé par l'intérêt pour l'Homme de disposer d'entités autonomes capables de l'aider pour la réalisation d'actions difficiles voire impossibles, soit de par leur pénibilité, soit de par leur dangerosité. La robotique mobile, l'une des filières de la robotique, poursuit cet objectif grâce aux avancées technologiques et scientifiques dans des domaines tels que la mécanique, l'électronique, l'automatique et l'informatique. Ces robots évoluent de manière autonome dans des environnements complexes et sur de longues durées. Leurs algorithmes garantissent une certaine robustesse face à des situations prévues. Cependant, dans certaines situations (dysfonctionnement d'un composant physique du robot, absence d'un signal GPS dans le cadre d'une tâche de suivi de trajectoire, ...), l'apparition d'un défaut rendra impossible la tâche qui incombait au robot.Afin d'éviter ce type de situation, le diagnostic en temps réel des défauts d'un robot intégrant dans sa boucle de détection comme de proposition de solutions un opérateur humain apparait être une solution possible et potentiellement efficace.Les travaux décrits dans ce mémoire visent cet objectif. Ils proposent, d'une part, un système de supervision du diagnostic de défauts d'un robot mobile et, d'autre part, un ensemble d'outils de modélisation, de paramétrage et d'adaptation des méthodes de diagnostic aux défauts potentiels d'un robot.La première partie des contributions est composée de deux modules. Le premier module présente une méthode hybride de diagnostic mettant en œuvre plusieurs approches et types d'approche de diagnostic de défauts. Cette méthode permet de diagnostiquer une liste définie de défauts en temps réel. Le second décrit un module d'interaction homme/robot permettant l'intégration de l'opérateur dans la boucle de diagnostic en proposant/validant des solutions mais aussi en corrigeant, si nécessaire, les décisions prises par la méthode hybride proposée. Ce module intègre une base de connaissances et un système de raisonnement à partir de cas permettant de conserver l'historique des décisions prises par l'opérateur, considéré expert, afin d'améliorer sa performance en continu.La deuxième partie détaille la démarche amont et hors ligne de la mise en œuvre de la méthode hybride de diagnostic. Cette démarche comprend les étapes de caractérisation des défauts considérés, de définition et d'adaptation des méthodes de diagnostic capables de diagnostiquer les défauts identifiés. Cette adaptation consiste à définir les modèles, à paramétrer les méthodes et, dans certains cas, à recueillir des données d'entraînement.Du point de vue expérimental, les développements théoriques sont validés sur des données issues d'un robot réel sans train directeur et de simulations.Littérairement, ce mémoire détaille ces travaux en cinq chapitres. Le premier chapitre introduit le contexte de la thèse. Le second définit la problématique, les hypothèses proposées et décrit l'état de la littérature sur les méthodes de diagnostic de défauts. Les développements théoriques portant sur le système de supervision du diagnostic de défauts robot et sur les outils aboutissant à son paramétrage sont décrits dans les deux chapitres qui suivent.Les résultats de la mise en œuvre des développements théoriques en simulation et sur un cas réel de robot sont montrés et discutés dans le cinquième chapitre.Enfin, une conclusion et les perspectives envisageables de ces travaux sont présentées.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03065872 , version 1 (15-12-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03065872 , version 1

Citer

Mahmoud Almasri. Diagnostic de plateformes robotisées. Méthode hybride évolutive intégrant une interaction avec un opérateur expert.. Automatique / Robotique. Université Clermont Auvergne [2017-2020], 2020. Français. ⟨NNT : 2020CLFAC035⟩. ⟨tel-03065872⟩
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