Véhicules de logistique pour la construction de tunnel en milieux confinés : trajectoires sûres à délégation de conduite utilisant la notion de cycles-limites

Logistics vehicles for tunnel construction in confined environments : safe trajectories with driver delegation using the concept of limit cycles

• Auteur / Autrice : Sara Abdallaoui
• Direction : El-Hassane Aglzim, Ali Kribeche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 12/12/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de Recherche en Ingénierie des Véhicules pour l'Environnement (DRIVE) (Nevers)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-2024)
• Jury : Président / Présidente : Franck Joseph Aimé Gechter
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : El-Hassane Aglzim, Ali Kribeche, Camel Tanougast, Xun Zhang, Hocine Imine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Camel Tanougast, Xun Zhang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots -- Systèmes de commande

Automobiles -- Commande automatique

Robots mobiles

Planification

Mouvements

Véhicules autonomes

Mots clés libres

Véhicule autonome

Contrôle

Cycles limites

Evitement d'obstacle

Autonomous vehicle

Control

Limit cycles

Obstacle avoidance

Résumé

Dans des environnements complexes tels que les chantiers de construction de tunnels, les véhicules sont confrontés à de nombreux défis, notamment des problèmes de communication et des espaces réduits pour effectuer des manœuvres. Dans ce travail, nous nous concentrons sur les phases de planification et de navigation, qui permettent aux véhicules de suivre une trajectoire sûre et sans collision vers leur destination, en tenant compte de leurs capacités de manœuvre en présence d'obstacles dans les milieux confinés comme les tunnels. L'objectif de l'automatisation de ces véhicules de construction est de réduire les risques associés à leur fonctionnement. Cela nécessite de contrôler les véhicules pour qu'ils suivent un chemin désigné tout en évitant à la fois les obstacles stationnaires et les véhicules venant en sens inverse. Cette étude se concentre sur deux étapes clés pour parvenir à la conduite autonome d'un robot mobile : la planification de trajectoires dynamiquement réalisables qui ressemblent à celles des tunnels et le développement de lois de commande robustes qui garantissent, en temps réel, le suivi de la trajectoire de référence et l'évitement d'obstacles en utilisant la méthode de cycle limite. L'étude présente la conception de l'architecture de contrôle robuste pour les robots mobiles afin de gérer différentes tâches, de s'adapter aux environnements changeants et de prendre des décisions dans des situations inhabituelles. Il présente également les contrôleurs ‘Limit-Cycle' et ‘ Elliptic Limit Cycle' pour l'évitement des obstacles, qui constituent un élément important dans le développement de l'architecture de contrôle globale, qui est une combinaison de la méthode de ‘Feedback Linearisation' et des contrôleurs ‘Limit-Cycle' pour la planification de trajectoire des robots mobiles et l'évitement des obstacles dans des environnements statiques et dynamiques.

In complex environments such as tunnel construction sites, vehicles face numerous challenges, including communication issues and limited space for maneuvering. In this work, we focus on the planning and navigation phases, which enable vehicles to follow a safe and collision-free trajectory to their destination, considering their maneuvering capabilities in the presence of obstacles in confined environments like tunnels. The goal of automating these construction vehicles is to reduce the risks associated with their operation. This requires controlling the vehicles to follow a designated path while simultaneously avoiding both stationary obstacles and oncoming vehicles. This study focuses on two key stages in achieving the autonomous operation of a mobile robot: the planning of dynamically feasible trajectories that resemble those of tunnels and the development of robust control laws that ensure real-time tracking of the reference trajectory and obstacle avoidance using the limit cycle method. The study presents the design of a robust control architecture for mobile robots to handle various tasks, adapt to changing environments, and make decisions in unusual situations. It also introduces the 'Limit-Cycle' and ' Elliptic Limit Cycle' controllers for obstacle avoidance, which are crucial components in the development of the overall control architecture. This architecture combines the 'Feedback Linearization' method with Limit-Cycle controllers for trajectory planning of mobile robots and obstacle avoidance in both static and dynamic environments.