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Architecture

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ROBotics for EXploration




Lab-STICC UBO GDR MACS GDR Robotique ENSTA Bretagne DGA ROBEX Sperob Gth Rob Sagip







Présentation


Contexte. Ces dernières décennies, la robotique mobile s'est développée largement dans des milieux structurés et déjà cartographiés. Dans des environnements inconnus et non-structurés, comme les planètes lointaines, les volcans, des grottes profondes, des zones irradiées, des veines karstiques, les bâtiments en feu, les fonds marins, la robotique change de nature. Non seulement, elle devient indispensable car l'humain peut difficilement intervenir de façon sécurisée, mais souvent l'opérateur ne peut plus aider par téléopération les robots. Ces derniers doivent alors posséder un maximum d'autonomie et d'intelligence afin de pouvoir accomplir une mission. On parle alors de robotique exploratoire car le robot doit cartographier son environnement, prendre des décisions, se localiser et être capable de revenir.



Objectifs. La nouvelle équipe Robex cherche à développer les outils académiques afin 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, nous nous intéressons 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 de revenir au point de départ. Nous nous efforçons de prendre en compte avec rigueur tout type d'incertitude, d'obtenir des solutions théoriquement élégantes, et de faire des validations expérimentales convaincantes.



Outils académiques. Parmi les outils académiques que nous voulons promouvoir, nous focalisons sur les outils ensemblistes, l'interprétation abstraites, la commande non-linéaire des robots et le filtrage bayésien. 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, la quantification 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'incertitude demande une réflexion et l'élaboration d'outils capables de répondre à nos objectifs.



Expérimentations. Un des principes de notre équipe est que chaque expérimentation doit être une preuve de concept associé à un résultat théorique original. De même tous les développements théoriques devront aller jusqu'à une expérimentation robotique. Nous cherchons à nous limiter à des problèmes d'exploration par des robots en cherchant à garantir certaines propriétés dictées par un cahier des charges, comme la non intrusion dans une zone interdite ou bien la capacité à revenir à la position initiale.



Exemples. Nous donnons ici quelques exemples illustratifs de problèmes que nous chercherons à traiter avec nos approches.
1. 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.
2. Réaliser dans un monde sous marin un suivi d'isobath dans un but d'explorer et revenir, avec un simple écho-sondeur.
3. Réaliser la capture d'un robot par plusieurs robots dans un environnement incertain et non structuré.
4. Concevoir des robots dérivants capables de faire de très longues distances dans l'océan en utilisant les courants marins comme moyen de propulsion.



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.



Dans le Lab-STICC.
Robex est une des équipes du Lab-STICC. Elle fait partie du pole IA&O (Intelligence Artificielle et Océan) avec 2 autres équipes :
- MAHO, resp. P. Bosser, (Méthodes Appliquées pour l’Hydrographie et l’Océanographie) se focalise sur la compréhension de la physique de la mesure pour son exploitation, en particulier en hydrographie et en océanographie.
- OSE, resp. A. Benzinou (Observations Signal et Environnement), se positionne dans entre la recherche méthodologique en traitement du signal et en intelligence artificielle dans un environnement marin.



Le Lab-STICC.
Le Lab-STICC se définit par son projet scientifique qui se résume à la chaîne de traitement qui permet d'aller du capteur jusqu'à la connaissance et la prise de décision. La coloration marine y est déterminante du fait de son emplacement (Brest, Quimper, Lorient et Vannes), des entreprises avec lesquelles il collabore et des écoles tutelles (ENSTA-Bretagne, IMTA, UBO).
Le lab-STICC se distingue dans différents domaines comme les communications numériques, la robotique sous-marine, l'intelligence artificielle, le traitement d'image marine vidéo/radar/sonar et la cyber-sécurité.
Le laboratoire est également reconnu pour ses nombreux accords avec des universités étrangères comme: Adélaïde, Cranfield, Delhi, Bombay, Bangalore, Mexico.
Le Lab-STICC est composé de plus de 500 chercheurs et est structuré en pôles puis en équipes.



Contrats.
Tableau des contrats en cours pour Robex :
Projet Cordelière NEPTUNE. Avec le DRASSM, nous recherchons la Cordelière, à la sortie du goulet de Brest, qui a coulé en 1512. Nous nous occupons principalement de la conception du bateau autonome Boatbot et l'organisation des workshops annuels Submeeting.
ANR Contredo . Calcul par intervalles pour l'estimation de trajectoires Pedro Henrique Vidal, travaille en postdoc sur le sujet sur la partie expérimentale. Dans le cadre de cette ANR, Simon Rohou développe la bibliothèque Tubex.
Validation de drones et essaims de drones autonomes . Cette étude est financée par l'AID. Thomas Le Mézo travaille sur ce projet en postdoc. Il développe des flotteurs autonomes qui se déplacent en dérivant en suivant les courants sous marins. Ils peuvent uniquement régler leur flottabilité.



2019, Jeudi 27 mai. Présentation des futures équipes Lab-STICC, IMTA, Brest. "Equipe ROBEX : ROBotique d'EXploration"


Calcul par intervalles pour la robotique mobile intelligente, Bulletin de l'Association Française pour l'Intelligence Artificielle, Numéro 104.


2019, Jeudi 5 décembre. Soutenance de thèse de Thomas Le Mézo.


2020, Octobre 21. Présentation de l'équipe Robex au comité de direction du GDR MACS avec un focus sur la navigation fondée sur les cycles.

Members


Luc Jaulin

Luc Jaulin

Professeur en robotique
lucjaulin@gmail.com
tél. 06 82 99 00 41

Professor UBO/ENSTA/LabSTICC in the domain of ocean robotics. He works on interval methods since 1992 and he applies them in localization, control and mapping of ocean robots.

Benoit

Benoît Zerr

Professor in robotique
benoit.zerr@ensta-bretagne.fr

Professor de l'ENSTA-Bretagne/LabSTICC dans le domaine de la robotique marine. Il travaille les groupes de robots.

Fabrice

Fabrice Le Bars

Lecturer in robotics
fabrice.le_bars@ensta-bretagne.fr

Lecturer at l'ENSTA-Bretagne/LabSTICC in marine robotics. He works on sailboat robots and on the localisation of underwater robots using interval analysis.

Simon

Simon Rohou

Lecturer in robotics
simon.rohou@ensta-bretagne.fr

Lecturer at l'ENSTA-Bretagne/LabSTICC in marine robotics. He works localization and SLAM for underwater robots using tube programming.


Damien

Damien Massé

Lecturer in robotics
damien.masse@univ-brest.fr

Lecturer at UBO/LabSTICC in computer science. He studies abstract interpretation and viability theory for proving safety properties of robots.

Alain

Alain Bertholom

Engineer in robotics
alain.bertholom@ensta-bretagne.fr

Engineer l'ENSTA-Bretagne/LabSTICC in marine robotics. He works on localisation and acoustic methods for underwater vehicles.

Christophe

Christophe Viel

Chargé de recherche CNRS
christophe.viel@gadz.org

He works on underwater robotics.

PHD students



Joris

Joris Tillet

Doctorant en robotique dans le domaine de la localisation sous-marine. Encadré par Fabrice Le Bars et Luc Jaulin.

Julien

Julien Damers

Doctorant en robotique avec Kopadia sur l'exploration sous marine par un groupe de robots. Encadré par Simon Rohou et Luc Jaulin

Auguste

Auguste Bourgois

Doctorant en robotique sous-marine sur la commande non-linéaire, avec l'entreprise FORSSEA. Encadré par Luc Jaulin.

Nathan

Nathan Fourniol

Doctorant en robotique sur la communication avec relais intermédiaires navals autonomes. Encadré par Andreas Arnold, Pierre-Jean Bouvet et Luc Jaulin.

Andreas Rauh

Andreas Rauh

Invited researcher
andreas.rauh@interval-methods.de

Andreas Rauh was born in Munich, Germany, on March 25, 1977. He received his diploma degree in electrical engineering and information technology from the Technische Universität München, Munich, Germany, in 2001, his PhD degree (Dr.-Ing.) from the University of Ulm, Germany, in 2008, and his habilitation (Dr.-Ing.~habil.) in Measurement Technology and Automatic Control.

Former PHD students and postdocs



Thibaut

Thibaut Nico

Etude et développement de solutions de relocalisation d’objets sous-marins par des véhicules sous-marins hétérogènes

Henrique

Henrique Fagundes Gasparoto

Post Doctorant en robotique sur la reconfigurabilité des robots sous-marins

Thomas

Thomas Le Mézo

Bracketing largest invariant sets of dynamical systems ; An application to drifting underwater robots in ocean currents









Publications in 2020

L. Jaulin and F. Le Bars (2020). Characterizing sliding surfaces of cyber-physical systems, Acta Cybernetica. vol. 24, pages 431–448

T. Le Mézo, G. Le Maillot, T. Ropert, L. Jaulin, A. Ponte and B. Zerr (2020). Design and control of a low-cost autonomous profiling float, Mechanics & Industry, Volume 21, Number 5.

R. Boukezzoula, L. Jaulin, B. Desrochers and D. Coquin (2020). Thick Fuzzy Sets and Their Potential Use in Uncertain Fuzzy Computations and Modeling, IEEE Transactions on Fuzzy Systems.

T. Le Mézo, L. Jaulin and B. Zerr (2020). Bracketing backward reach sets of a dynamical system, International Journal of Control, Volume 93, Issue 11,

R. Neuland, M. Mantelli, B. Hummes, L. Jaulin, R. Maffei, E. Prestes and M. Kolberg (2020). Robust Hybrid Interval-Probabilistic Approach for the Kidnapped Robot Problem, International Journal of Uncertainty, Fuzziness and Knowledge-Based Systems.

N. Mahato, L. Jaulin, S. Chakraverty and J. Dezert (2020). Validated Enclosure of Uncertain Nonlinear Equations Using SIVIA Monte Carlo, Recent Trends in Wave Mechanics and Vibrations. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer. pages 455-468.

J. Nicola and L. Jaulin (2020). Guaranteed nonlinear parameter estimation with additive Gaussian noise, Beyond Traditional Probabilistic Data Processing Techniques: Interval, Fuzzy etc. Methods and Their Applications. O. Kosheleva et al. (eds.), pages 341-357, Springer.

L. Jaulin and B. Desrochers (2020). Thick separators, Decision Making under Constraints, Studies in Systems, Decision and Control, M. Ceberio and V. Kreinovich (eds.). Pages 125-131.

D. Dubois, L. Jaulin and H. Prade (2020). Thick sets, multiple-valued mappings and possibility theory, edited book in honor of Hung T. Nguyen's 75th birthday. Pages 101-109, Springer.

J. Tillet, L. Jaulin, F. Le Bars (2020). Non-linear control under state constraints with validated trajectories for a mobile robot towing a trailer, IROS 2020 , Las Vegas.

S. Rohou, A. Bedouhene, G. Chabert, A. Goldsztejn, L. Jaulin, B. Neveu, V. Reyes and G. Trombettoni (2020). Towards a Generic Interval Solver for Differential-Algebraic CSP, CP 2020 , Louvain-la-Neuve, Belgium.

L. Jaulin (2020). Characterizing Sliding Surfaces of Cyber-Physical Systems, SNR'2020 , Vienna (virtual).

A. Bourgois and L. Jaulin (2020). Interval centred form for proving stability of non-linear discrete-time system, SNR'2020 , Vienna (virtual).

L. Jaulin (2020). Ocean exploration with underwater robots, MOQESM'2020 , Brest.

S. Rohou, B. Desrochers, L. Jaulin (2020). Set-membership state estimation by solving data association, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)









Tutorials and conferences in 2020

Organisation de la journée "Robotique et patrimoine"
le 6 février 2020, avec F. Plumet, V. Creuze et E.M. Mouaddib à Paris, Jussieu.


Tutorial: constraint programming for mobile robotics, During the ICRA 2020 Conference (Paris, France); 8th June - 5th July 2020; Organizers: Simon Rohou, Luc Jaulin, Benoît Desrochers, Raphael Voges


L. Jaulin, Ocean exploration with underwater robots, MOQESM'2020 , Brest.


Tutorial: constraint programming for mobile robotics, during the IROS 2020 Conference (Las Vegas), October 2020; Organizers: Simon Rohou, Luc Jaulin, Benoît Desrochers, Raphael Voges










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