Memoire Online - Contribution à l'optimisation d'un comportement collectif pour un groupe de robots autonomes

1.1 1.2	Introduction Les systèmes multirobots 1.2.1 Présentation des systèmes multirobots 1.2.2 Les domaines d'applications		18 18 18 19
1.3	Les types de systèmes multirobots		22
	1.3.1	Classification par type de comportements	22
	1.3.2	Classification par type de synchronisation	24
	1.3.3	Classification par type d'architecture du système	24
	1.3.4	Classification par autonomie	26
	1.3.5	Classification par type de robots	28
1.4	Catégorisation des problématiques liées aux systèmes multirobots		29
	1.4.1	La navigation	30
	1.4.2	La cartographie	31
	1.4.3	La localisation	36
	1.4.4	La planification	38
	1.4.5	L'exploration	39
	1.4.6	La communication	42
	1.4.7	Autres problématiques	43
1.5	Etat de l'art et travaux connexes		44
	1.5.1	Les méthodes déterministes	44
	1.5.2	Les méthodes à base d'apprentissage machine	46
	1.5.3	Les méthodes stochastiques	46
1.6	Conclusion		48

CHAPITRE 1

L'étude de la robotique collective dans un contexte informatique concerne l'étude des systèmes dits "multirobots".

L'objectif de ce chapitre est de donner une idée d'ensemble sur ce sujet en essayant d'englober chacun de ses aspects. Nous commencerons par présenter les systèmes multiro-bots, leurs types et leurs domaines d'applications. Nous détaillerons également les axes de recherche relatifs à ce sujet avec les différentes problématiques qui en découlent.

Nous aborderons ensuite un état de l'art des techniques d'intelligence artificielle en lien avec les problématiques traitées dans cette thèse, à savoir les problématiques d'optimisation de trajectoires et d'exploration de zones inconnues en utilisant plusieurs robots.

Les systèmes multirobots (Multirobots Systems,en anglais) sont des systèmes composés de plusieurs robots programmés de sorte à travailler ensemble afin d'accomplir une certaine mission. Cette mission est souvent décomposée en un ensemble de tâches afin de réduire sa complexité. Ces tâches peuvent être effectuées une à une séquentiellement, ou en parallèle, selon l'interdépendance entre elles et le type d'architecture du système.

Les robots sont des machines avec des propriétés physiques et logiques, ils peuvent donc

être analysés d'un point de vue mécanique et électronique pour étudier la manière dont ils détectent et impactent l'environnement qui les entoure. Comme ils peuvent aussi être étudiés d'un point de vue algorithmique pour spécifier la manière dont cet environnement doit être représenté en interne dans le but de prendre des décisions ou d'effectuer des actions. L'intelligence artificielle est donc au coeur de ce processus décisionnel, afin de s'assurer que ces machines s'adaptent de manière efficace à leur environnement.

Dans le domaine de l'informatique, un robot peut être vu comme un agent qui interagit selon certaines règles. L'étude d'un système multirobots peut être vue comme l'étude d'un système multiagents avec certaines limitations physiques telles que leur degré d'autonomie et leur capacité de stockage et de traitement de l'information.

D'un autre côté, ils peuvent être apparentés aux systèmes embarqués en les considérant comme un réseau d'objets connectés qui communiquent entre eux pour échanger des informations. Le terme Réseaux Multirobots (Multirobots Network en anglais) est parfois utilisé dans la littérature pour décrire ce concept.

En parallèle, ils peuvent être considérés dans le domaine de la logistique comme des flottes de véhicules autonomes (Autonomous Vehicules Fleet). L'objet d'étude se concentrera donc sur les techniques de gestion de la flotte (fleet management), suivi de la position et état des robots (tracking), ainsi que les techniques de commande à distance (remote control). Il est à noter que le terme « Véhicule autonome » dans ce domaine doit être compris au sens large, il inclut les robots de type : voitures, tracteurs, drones et sous-marins.

(a) Intelligence Artificielle : Étude des décisions et interactions entre les agents

(b) Réseaux et systèmes embarqués : Connectivité, topologie réseau et protocoles

FIGURE 1.2 - Différents aspects étudiés selon la nature du domaine appliqué aux systèmes multirobots

Les systèmes multirobots sont souvent utilisés dans des domaines industriels, sécuri-taires et ludiques. Parmi les applications notables qui ont permis d'exploiter les pleines capacités qu'offrent ces systèmes, nous pouvons citer: