Robex seminars



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The announcements will be sent the members of the pole IA&Ocean which includes the team Robex.

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2021



Fabrice Le Bars, Mercredi 24 novembre 14:00, ENSTA-Bretagne, Brest.

Title : Preliminary design of an interval-based autopilot
Abstract. An autopilot is a combination of an INS (Inertial Navigation System), additional predefined sensors, actuators, and communication ports, with control algorithms. Its purpose is to provide the best state estimation of a robot in all conditions as well as autonomous operation such as following waypoints. Some experiments show that recurring causes of mission failures and robot loss are related to a wrong heading and/or position estimation, often due to a problem on one sensor even though other related sensors were correct. This presentation proposes to demonstrate how an interval-based heading estimation algorithm could help detecting and correcting some sensors inconsistencies by design. The results of experiments with an autonomous boat will show the practical use of the method.




Morgan Louédec, Mercredi 24 novembre 14:30, ENSTA-Bretagne, Brest.

Title : Interval Extended Kalman Filter – combining probabilistic and set membership filters
Abstract. The probabilistic and the set membership approaches in the localization problems are often seen as different and in competition. While in practice, the robots often rely on a probabilistic localization with a Kalman Filter for their online autonomous navigation, the set membership method is mainly used in post-process analysis. However, the Extended Kalman Filter (EKF), which has shown to be a precise method for nonlinear state estimation, may diverge in if its linearization point is far from the true state. We proposes a new filter, the Interval Extended Kalman Filter (IEKF) which benefits from the advantages of the EKF and the Interval Filter (IF). By linearizing the EKF in a feasible set generated by an the IF, the IEKF is more likely to converge toward the state of the robot. This new filter, has been applied for simulated underwater localization scenarios.




Lucia Bergantin, Mercredi 24 novembre 15:00, ENSTA-Bretagne, Brest.

Title : Oscillations make a self-scaled model for honeybees’ visual odometer reliable regardless of flight trajectory
Abstract. with L., Harbaoui, N., Raharijaona, T. & Ruffier F.
Honeybees foraging and recruiting nest-mates by performing the waggle dance need to be able to gauge the flight distance to the food source regardless of the wind and terrain conditions. Previous authors have hypothesized that the foragers’ visual odometer mathematically integrates the angular velocity of the ground image sweeping backward across their ventral viewfield, known as translational optic flow. The question arises as to how mathematical integration of optic flow (usually expressed in radians/s) can reliably encode distances, regardless of the height and speed of flight. The vertical self-oscillatory movements observed in honeybees trigger expansions and contractions of the optic flow vector field, yielding an additional visual cue called optic flow divergence. We have developed a self-scaled model for the visual odometer in which the translational optic flow is scaled by the estimated current clearance from the ground. In simulation, this model, which we have called SOFIa, was found to be reliable in a large range of flight trajectories, terrains and wind conditions. It reduced the statistical dispersion of the estimated flight distances approximately 10-fold in comparison with the mathematically integrated raw optic flow model. The SOFIa model can be directly implemented in robotic applications based on minimalistic visual equipment.




Luc Jaulin, Mercredi 24 novembre 15:30, ENSTA-Bretagne, Brest.

Title : Solving geometrical constraints in space-time
Abstract. In an Euclidian space, the separation between two points corresponds to their distance which is purely spatial, and is always positive. In space-time, the separation between two events takes into account not only the spatial separation between the events, but also their temporal separation. In this talk, we will consider problems involving geometrical constraints in the space-time. The motion of the objects will be described by differential equations and the clocks attached to each robot are not synchronized). An interval-based technique will be used to solve the problem. The method will be illustrated on the localization of a group of underwater robots with unsynchronized clocks. In this problem, we consider that the travel time of the sound that gives us the distances between robots cannot be neglected.




Andreas Rauh, lundi 18 octobre à 14h, Amphi 2, ENSTA-Bretagne, Brest.

Titre : Quantification des erreurs de troncation dans le domaine temporel pour la réinitialisation des intégrateurs fractionnaires
Résumé. Les équations différentielles d'ordre fractionnaire (anglais: FDE - fractional differential equations) sont caractérisées par le fait que les ordres des dérivées ne sont pas donnés par des valeurs entières (comme classiquement, p.ex., pour un système mécanique, où la vitesse correspond à la première dérivée temporelle de la position). D'un côté, cette généralisation de la notion des dérivées, qui utilise des ordres non-entièrs, nous donne la possibilité de trouver des représentations linéaires pour la dynamique, même si les solutions autonomes ne sont pas seulement composées des fonctions sinusoïdales, exponentielles ou des monômes du temps. D'un autre côte, on peut également utiliser ces modèles fractionnaires pour traiter des effets d'une mémoire infinie du passé des pseudo états. Malgré l'existence de nombreuses applications - comme les amortisseurs rhéologiques ou des phénomènes électrochimiques - qui sont effectivement modélisées par les FDEs, le traitement numérique devient complexe si la procedure d'intégration des FDEs doit être réinitialisée comme dans des approches prédicteur-correcteur pour l'estimation d'état. Pour quantifier proprement les erreurs de troncation, qui arrivent dans ce cas, je présente une approche nouvelle basée sur la synthèse d'un observateur par intervalles qui va être illustrée pour les phases de charge et décharge des batteries.




Silvère Bonnabel, vendredi 24 septembre à 9h (virtuel).

Title: Geometric filtering and navigation application
Déroulement: Ce séminaire se limite à une séance de questions-réponses. Il faut avoir regardé la vidéo avant.
Abstract. Statistical filtering is a desirable mathematical framework for the estimation of the internal state variables of a dynamical system in the light of various sensors' measurements. Since the advent of the space age, it has played a pivotal role in guidance and navigation problems in aeronautics and robotics. Its workhorse, the Kalman filter – albeit usable in a nonlinear context by linearizing about the estimated state trajectory – deeply builds upon the specificity of linear systems. As a result, key theoretical properties are lost in nonlinear contexts, in particular when dealing with challenging nonlinear problems related to the navigation of autonomous systems. However, it turns out that many such estimation problems bear a structure akin to linear systems, after a proper embedding of the state space into a matrix group has been found. Essentially, by replacing vector addition with matrix multiplication, linear observer design (or linear filter design) carries over, as well as a number of convergence and consistency guarantees discovered over the past fifteen years. We illustrate this perspective by addressing various problems, from the design of high performance industrial inertial navigation systems to robot simultaneous localization and mapping. For the latter, the geometric approach resolves problems connected to the notion of observability that have long impeded the use of the classical extended Kalman filter. The latter results have been shown to carry over to applications beyond SLAM such as legged robot state estimation and inertial navigation.










Lionel Lapierre, jeudi 8 juillet à 11h, Amphi 3, ENSTA-Bretagne, Brest.

Titre : Robotique d'Exploration Karstique.
Résumé. Les enjeux autour de la ressource en eau sont considérables et les moyens d'investigation et de caractérisation des réserves souterraines sont urgemment attendus. Ce projet consiste à développer des systèmes robotiques en mesure de visiter des aquifères karstiques pour en extraire des mesures pertinentes pour les hydrogéologues et éclairer les décisions des autorités pour une gestion active de la resource. Cette présentation s'attachera à décrire les problématiques robotiques sous jacentes, les derniers résultats obtenus et les perspectives à court, moyen et long termes.


Benjamin Lepers, jeudi 27 mai à 14h, Brest.

Titre : Traitement d'images (classification, segmentation, détection) par réseau de neurones avec la librairie Fastai-Pytorch.
Résumé. Les réseaux de neurones existent depuis plus d'un demi siècle (Perceptron, Rosenblatt, 1958, Backpropagation, Werbos, 1974) et ont une analogie lointaine avec les neurones biologiques. Depuis quelques années (et notamment 2012, papier: ImageNet Classification with Deep ConvolutionalNeural Networks), les réseaux sont de plus en plus utilisés pour une large gamme d'applications et notamment le traitement d'images.
Principalement trois raisons ont démocratisé l'usage des ces modèles:
- des jeux de données labélisés
- les cartes graphiques (GPU et la librairie CUDA)
- le développement de librairies dédiées à l'apprentissage profond
On présentera un exemple simple de classification d'images avec la librairie Fastai basée sur Pytorch. Et on montrera que grace à l'utilisation d'un modèle convolutif pré entrainé sur ImageNet, on peut obtenir de bon résultats en quelques passes d'entrainement sur un jeu de données spécifique de petite taille. La segmentation d'images supervisée et non supervisée sera aussi discutée.


Marie Ponchart, 10 mai 2021, 14h, Brest.

Titre : Photogrammétrie sous-marine pour la cartographie haute résolution.
Séminaire conjoint avec l'équipe M3 du Lab-STICC
Résumé. Tandis que les moyens acoustiques classiques (sondeurs multifaisceaux) ne permettent d’atteindre qu’une résolution de l’ordre de plusieurs dizaines de centimètres pour la cartographie des fonds marins, la photogrammétrie sous-marine est ici envisagée comme un outil permettant l’amélioration considérable de cette résolution.
Cependant, la technique de photogrammétrie ayant déjà largement fait ses preuves en aérien (cartographie, archéologie, ...), il s’agit ici d’en évaluer les performances en milieu sous-marin avec l’ensemble des contraintes que cela peut engendrer : faible luminosité, turbidité, difficultés de positionnement, ...
Dans ce but, un système d’acquisition de données photogrammétriques, basé sur l’utilisation de 3 caméras d’action GoPro, a été élaboré. Les résultats des premiers tests aériens ont ensuite permis d’évaluer les performances de ce système, ainsi que du logiciel de traitement photogrammétrique open source MicMac. Finalement, la mise en œuvre des premiers essais en sous-marin et les résultats qui en découlent, nous permettent de nous projeter vers l’élaboration d’un nouveau système d’acquisition complet, monté sur ROV.


Christophe Viel, 29 avril 2021, 14h, Brest.

Title : Self-management of the umbilical of a ROV for underwater exploration.
Abstract. This work focuses on a passive self-management of the umbilical of a Removed Operated Vehicle (ROV) for underwater exploration. The objective is to give a predictable shape to the umbilical using moving ballast and buoys to tend the umbilical and so to avoid nodes on the cable itself or with environmental obstacle. The ballast and buoys move by themselves to maintain the cable taut using only weight and Archimedes strength, without motorize system on the umbilical. The only required feedback is a relative knowledge of the ROV position and a limitation of its acceleration in some directions to be controlled. In absence of current, the position of the umbilical can be known using only the ROV position. Case with currents will require knowledge of their strength and orientation to evaluate the shape of the umbilical, but are not required to evaluate safety area for the ROV where absence of nodes in the umbilical are guaranteed. Three configurations of the umbilical are proposed, each one to be the most adapted for ROV missions: hull boat exploration and close-surface exploration, sea-ground exploration, and deep exploration with presence of large obstacles.


Thomas Le Mézo, 19 mars 2021, 9h Brest.

Title : Computation of viability kernels for underwater robotics.
Abstract. In this seminar, I will present how the use of viability kernels of dynamic systems with inputs can provide solutions to important problems in mobile robotics. First, we will define the notions around viability kernels. We will see how we can bracket them. Finally we will show on a simple example of underwater robot how they can be exploited and their possible potential to solve more complex problems such as authority sharing, dependability or performance analysis of a system.


















































































Some seminars made by invited researchers at ENSTA before Robex and on the topics of Robex

Philippe Bonnifait. février 2013.
Titre: Véhicules intelligents et aides à la conduite avancées

Rogelio Lozano. 27 mars 2014.
Titre : Prototypes volants expérimentaux

Alexandre Chapoutot. 14 mai 2014.
Title : Guaranteed numerical integration based on explicit methods of Runge-Kutta

Luis Benet. 20 juillet 2016.
Title: A simple model for the location of Saturn's F ring
Abstract: I will describe a simplified model to understand the location of Saturn's F-ring. We compute accurate long-time numerical integrations of non-interacting test-particles initially located in the region between the orbits of Prometheus and Pandora, and address whether they escape or remain trapped in this region. We obtain a wide region of initial conditions of the test particles that remains confined. We consider a dynamical stability indicator for the test particles motion defined by computing the ratio of the standard deviation over the average value of relevant dynamical quantities, in particular, for the mean-motion and the the semi-major axis. This indicator separates clearly a subset of trapped initial conditions, that appear as very localized stripes in the initial semi-major axis and eccentricity space for the most stable orbits. Retaining only these test particles, we obtain a narrow eccentric ring which displays sharp edges. The most stable test particles accumulate in specific locations in the semi-major axis, which we compare with the location of some low order two and three-body resonances Comparison of our results with the nominal data for the F-ring shows a good correspondence.

Frank Ruffier. 19 décembre 2016, 15:00, à l'ENSTA-Bretagne
Title: Biomimetic vision and Aerial robots.
Flying insects are endowed with several sensory modalities, but the optic flow appears to be the main cue for the vertical flight control. We showed recently that robots equipped with a new autopilot based on the optic flow regulators are able to control their course without requiring a state vector describing their absolute speed, position or altitude : the robots trajectories mimick the insects trajectories even in the presence of wind. By applying optic flow criteria, these robots manipulate forces by the way of rotor and thruster speed and thus adjust their speed of flight, their lateral position or their altitude without any state vector. This optic flow based steering control system makes them avoid obstacles even in unstable environments without any need for maps and even without any measurement and control of its absolute pitch.

Frédéric Boyer. 12 juin 2018 à l'ENSTA-Bretagne
Titre : Bio-inspired locomotion robots dynamics: from discrete to continuous systems
Les animaux fascinent par leur capacité à se déplacer dans des milieux difficiles tout en maintenant des performances élevées en termes d'agilité et d'efficacité. Ceci explique pourquoi les roboticiens s'intéressent aujourd'hui à une nouvelle génération de robots bio-inspirés des serpents, poissons et autre papillon sphinx. Afin de progresser dans cette voie, il est essentiel de comprendre quels sont les mécanismes que les animaux ont découverts au cours de leur évolution pour résoudre les problèmes durs auxquels les concepteurs et contrôleurs de robots doivent faire face. Pour aider ces recherches, la production d'outils génériques dédiés à la modélisation, l'analyse et le contrôle de la locomotion s'avère être un atout précieux. L'exposé présenté a deux objectifs. Premièrement, il aborde la question qualitative de la classification des modèles de la locomotion par des outils de mécanique géométrique. En second lieu, il présente des algorithmes généraux et efficaces adaptés à l'étude de la locomotion. Ces idées seront illustrées sur des cas particuliers empruntés à la nage, la reptation et le vol battant.