ENSTA Bretagne : projet de robotique sur le lac de Guerlédan
© Simon Rohou

Equipe Robotique d'exploration (ROBEX)

Cette équipe de recherche en robotique autonome d'exploration fait référence en France dans le domaine de l'observation de l'environnement marin. Ces recherches sont principalement ancrées à l'ENSTA Bretagne où la spécialité n'a cessé de se développer depuis 15 ans. L'équipe fait partie du laboratoire Lab-STICC / pôle "IA et Océans".

Objectifs et applications : concevoir des robots intelligents et autonomes pour l’exploration de l’environnement, en particulier marin

La robotique mobile s'est largement développée, le plus souvent dans des milieux structurés et déjà cartographiés. Dans les autres situations, d’environnements inconnus et non-structurés, comme les planètes lointaines, les volcans, des grottes profondes, des zones irradiées, des veines d'eaux souterraines, les bâtiments en feu, les fonds marins, la robotique change de nature.
Elle devient indispensable car l'humain peut difficilement intervenir de façon sécurisée et doit se passer le plus souvent de télé-opération. Les robots doivent alors posséder un maximum d'autonomie et d'intelligence afin de pouvoir accomplir une mission. On parle de robotique exploratoire car le robot doit cartographier son environnement, prendre des décisions, se localiser et être capable de revenir.

Axes de recherche : créer les outils méthodologiques de la robotique autonome d'exploration

L’équipe ROBEX cherche à développer les outils méthodologiques afin de concevoir des algorithmes intelligents permettant à des robots d'accomplir une mission d'exploration de façon autonome. Sous certaines hypothèses sur l'environnement et la dynamique du robot, l’équipe cherche à garantir certaines propriétés comme 
-    l'évitement d'une zone interdite, 
-    le respect de contraintes sur l'état du système, 
-    l'intégrité de la localisation 
-    et la capacité à revenir au point de départ. 

L’équipe s’attache à prendre en compte avec rigueur tout type d'incertitude, à obtenir des solutions théoriquement élégantes, et à réaliser des validations expérimentales convaincantes.

Outils méthodologiques

L'accent est mis sur :
•    les outils ensemblistes, 
•    l'interprétation abstraite, 
•    la commande non-linéaire des robots et le filtrage bayésien. 
 

Collaborations

-    Entreprises : Kopadia, Thales, Forssea, RT-sys, iXblue, ECA-robotics, Subsea-Tech,  Orange-Labs, Pilgrim, Texys Marine, Oxxius.
-    Institutions : DGA, DRASSM, Ifremer, EDF, Région Bretagne, Shom.
-    Laboratoires. LIRMM, IRISA, Polytechnique, LS2N.
-    GDR : GDR Macs et GDR robotique.
 

Exemples de travaux de recherche et applications
Robots dérivants

Concevoir des robots dérivants capables de faire de très longues distances dans l'océan en utilisant les courants marins comme moyen de propulsion.

La thèse de Thomas Le Mezo, soutenue en 2019 et prix de thèse DGA 2021, a permis la mise au point des premiers prototypes dans ce domaine.

+ d'infos : 

Un magnétomètre tracté pour l'archéo-robotique marine

Le sujet de la thèse de Joris TILLET (bourse DGA et région Bretagne), soutenue en 2021, portait sur "la localisation et le contrôle sûrs d’un capteur tracté"

# Mots clés : localisation sous-marine, contrôle non linéaire, analyse par intervalles, logique floue, estimation d’ensemble floue, capteur tracté.

Cette thèse contribue aux avancées technologiques de l’archéo-robotique marine, particulièrement à la recherche d’épaves. Elle a bénéficié des recherches conduites par le DRASSM pour retrouver La Cordelière qui a coulé en rade de Brest en 1512 et dont la batterie de canons est encore enfouie, quelque part, sous les sédiments.

Le système robotique proposé consiste à tracter un magnétomètre susceptible de détecter les matériaux ferromagnétiques de l’épave. Le capteur ne peut pas être directement embarqué car il est sensible aux perturbations du robot. C’est pourquoi il est déporté via un câble et tiré par le drone. 

Deux problématiques sont alors étudiées. 

  • La première est liée au contrôle de la position du magnétomètre alors que l’on ne peut agir que sur le robot tractant. Une méthode de linéarisation par bouclage est alors utilisée pour construire un contrôleur. Ce contrôleur est ensuite validé sous certaines contraintes d’état en utilisant des outils d’analyse par intervalles. 
  • La seconde problématique concerne la localisation sous l’eau de manière fiable. Sont alors étudiés des moyens d’appréhender les incertitudes et les données aberrantes collectées par un capteur acoustique. 

L’analyse par intervalles permet d’obtenir des premiers résultats, et la logique floue vient compléter l’approche en donnant plus de souplesse dans la priorisation des contraintes. Finalement, des expérimentations sont présentées avec différents robots, et notamment la localisation d’un ROV dans une piscine.
 

Inspection et maintenance d'installations offshore

Sujet de la thèse d'Auguste BOURGEOIS (Cifre Forssea Robotics) soutenue en 2021 : "Amarrage collaboratif automatique et sécurisé d’un robot sur une plateforme mobile"

# Mots-clés : docking sous-marin, stabilité des systèmes dynamiques, systèmes hybrides, programmation par contraintes, intégration garantie

La multiplication des installations offshore suscite un besoin de robots autonomes fiables, capables d’effectuer des missions d’inspection et de maintenance tout en minimisant les coûts opérationnels. Pour réduire le risque d’accident pendant une mission, des outils mathématiques peuvent être utilisés pour démontrer a priori son bon déroulement. Dans cette thèse, des nouvelles méthodes reposant sur une approche ensembliste sont présentées à cet effet.

  • Premièrement, nous proposons une nouvelle méthode pour analyser la stabilité d’un système incertain discret, continue ou hybride.
  • Ensuite, nous présentons une approche s’inspirant de l’analyse d’atteignabilité, pour laquelle nous avons développé un nouvel outil de programmation par contraintes permettant d’implémenter des contraintes différentielles.
  • Ces deux approches permettent de prédire le comportement d’un robot avant même son déploiement.
  • Ces outils sont illustrés par des exemples réalistes issus des domaines de la localisation et du contrôle, appliqués au problème d’amarrage sous-marin. De plus, nous présentons la librairie CAPD dans un contexte robotique grâce à des exemples pratiques. 
Robot sous-marin d'exploration : un sonar comme unique capteur extéroceptif.

Concevoir et réaliser un robot sous-marin capable d'explorer son environnement seul, sans refaire surface pour capter le GPS, avec un sonar comme unique capteur extéroceptif.

Explorer en autonomie à l'aide d'un écho-sondeur

Réaliser un suivi d'isobathes sous-marin dans un but d'explorer et revenir, avec un simple écho-sondeur.

Groupe de robots

Réaliser la capture d'un robot par plusieurs robots dans un environnement incertain et non structuré.

Pr. Luc Jaulin, enseignant chercheur ENSTA Bretagne / Lab-STICC en robotique d'exploration :

Nous cherchons à représenter et à propager les incertitudes de la façon la plus rigoureuse possible sans faire d'approximations non maîtrisées, comme celles induites par la linéarisation ou la discrétisation. Les variables incertaines peuvent être la carte de l'environnement, les données capteur, la trajectoire des robots, les prises de décision passées ou futures, la dynamique des robots et les interventions humaines. La modélisation de ces différents types d'incertitudes demande une réflexion et l'élaboration d'outils capables de répondre à nos objectifs.

contact

Luc Jaulin
Enseignant-chercheur
Membre du laboratoire Lab-STICC, UMR CNRS 6285
+33 (0)2 98 34 89 10