Forum des étudiants en aérospatiale – Édition 2004 Systèmes multi-robots coopératifs,...

Forum des étudiants en aérospatiale – Édition 2004Forum des étudiants en aérospatiale – Édition 2004

SystSystèmes multi-robots coopératifs,èmes multi-robots coopératifs,applications en aérospatialeapplications en aérospatiale

dir. : Richard Hurteau, professeur au DGÉdir. : Richard Hurteau, professeur au DGÉco-dir. : Richard Gourdeau, professeur au DGÉco-dir. : Richard Gourdeau, professeur au DGÉ

par: Julien Beaudry, étudiant M.Sc.A. génie électriquepar: Julien Beaudry, étudiant M.Sc.A. génie électrique

Forum Étudiant en Aérospatiale 2004Forum Étudiant en Aérospatiale 2004École Polytechnique de MontréalÉcole Polytechnique de Montréal

Julien BeaudryJulien BeaudryÉtudiant M.Sc.A. génie électriqueÉtudiant M.Sc.A. génie électrique

Plan de la prPlan de la préésentationsentation

•Systèmes multi-robots, mise en contexteSystèmes multi-robots, mise en contexte

•Applications au domaine de l’aérospatialeApplications au domaine de l’aérospatiale

•Problématique des systèmes distribués autonomesProblématique des systèmes distribués autonomes

•Solution proposée : hiérarchie décisionnelle Solution proposée : hiérarchie décisionnelle

•Plate-forme d’essai : soccer robotiséPlate-forme d’essai : soccer robotisé

•Conclusion et questionsConclusion et questions

SystSystèmes multi-robots coopératifs, applications en aérospatialeèmes multi-robots coopératifs, applications en aérospatiale




Définition d’un système multi-robots coopératifDéfinition d’un système multi-robots coopératif

Définition :Définition :•Groupe de robots utilisant un certain mécanisme Groupe de robots utilisant un certain mécanisme

permettant d’améliorer l’efficacité d’exécution de permettant d’améliorer l’efficacité d’exécution de

tâches ou encore permettant d’exécuter de tâches ou encore permettant d’exécuter de

nouvelles tâches impossibles à exécuter de façon nouvelles tâches impossibles à exécuter de façon

individuelleindividuelle




Définition d’un système multi-robots coopératifDéfinition d’un système multi-robots coopératif

Définition :Définition :•Groupe de robots utilisant un certain mécanisme Groupe de robots utilisant un certain mécanisme

permettant d’améliorer l’efficacité d’exécution de permettant d’améliorer l’efficacité d’exécution de

tâches ou encore permettant d’exécuter de tâches ou encore permettant d’exécuter de

nouvelles tâches impossibles à exécuter de façon nouvelles tâches impossibles à exécuter de façon

individuelleindividuelle

Exemples d’applications (actuelles et futures) Exemples d’applications (actuelles et futures)

: : •Exploration spatialeExploration spatiale

•Usines manufacturièresUsines manufacturières

•Mines anti-personnelMines anti-personnel

•Véhicules routiers autonomesVéhicules routiers autonomes

•Inspection d’endroits à risqueInspection d’endroits à risque

•Industries agricole, militaire, etc.Industries agricole, militaire, etc.




Applications au domaine de l’aérospatialeApplications au domaine de l’aérospatiale

Exploration spatiale :Exploration spatiale :•Robotique mobile déjà Robotique mobile déjà

grandement utiliséegrandement utilisée

•Arrivée prochaine de robots Arrivée prochaine de robots

plus autonomes, requérant plus autonomes, requérant

moins de télé-opérationmoins de télé-opération

•Des équipes de robots Des équipes de robots

autonomes seront autonomes seront

éventuellement envoyées en éventuellement envoyées en

missionmission© NASA, 2004




Applications au domaine de l’aérospatialeApplications au domaine de l’aérospatiale

Les systèmes multi-robots sont impliqués dans 3 des Les systèmes multi-robots sont impliqués dans 3 des 17 secteurs clés du développement de la politique 17 secteurs clés du développement de la politique d’exploration spatiale américaine:d’exploration spatiale américaine:

• Robotique et systèmes autonomesRobotique et systèmes autonomes

• Utilisation de ressources planétaires Utilisation de ressources planétaires in situin situ

• Vols en formation dynamiqueVols en formation dynamique

Source : « A Journey to Inspire, Innovate and Discover » , Source : « A Journey to Inspire, Innovate and Discover » , page 28, page 28, http://www.nasa.gov/missions/solarsystem/explore_main.htmlhttp://www.nasa.gov/missions/solarsystem/explore_main.html




Applications au domaine de l’aérospatialeApplications au domaine de l’aérospatialeUtilisation potentielle, site lunaire d’exploitation de Utilisation potentielle, site lunaire d’exploitation de minerais :minerais :

Source : « A Journey to Inspire, Innovate and Discover » , Source : « A Journey to Inspire, Innovate and Discover » , http://www.nasa.gov/missions/solarsystem/explore_main.htmlhttp://www.nasa.gov/missions/solarsystem/explore_main.html

© NASA, 2004




Problématique des systèmes distribués autonomesProblématique des systèmes distribués autonomes

• Chaque robot possède sa propre perception et Chaque robot possède sa propre perception et

prend ses propres décisionsprend ses propres décisions







• Des problèmes de coordination (conflits Des problèmes de coordination (conflits

décisionnels) sont prévisibles décisionnels) sont prévisibles









•Des mécanismes pour éliminer les conflits Des mécanismes pour éliminer les conflits

décisionnels doivent être prévusdécisionnels doivent être prévus











•Il existe de nombreuses solutionsIl existe de nombreuses solutions











•Il existe de nombreuses solutionsIl existe de nombreuses solutions

•Quelle architecture décisionnelle employer pour Quelle architecture décisionnelle employer pour

adresser cette problématique?adresser cette problématique?




Hiérarchie décisionnelle arborescente (HDA)Hiérarchie décisionnelle arborescente (HDA)

•Prise de décision hiérarchique, débutant par le Prise de décision hiérarchique, débutant par le plus haut niveau d’abstraction et terminant par le plus haut niveau d’abstraction et terminant par le plus bas (les actions)plus bas (les actions)






•Définitions de la hiérarchie et des fonctions Définitions de la hiérarchie et des fonctions décisionnelles arbitraires et dictées par décisionnelles arbitraires et dictées par l’applicationl’application







•Chaque entité de la hiérarchie peut-être adressée Chaque entité de la hiérarchie peut-être adressée indépendemmentindépendemment







•Chaque entité de la hiérarchie peut-être adressée Chaque entité de la hiérarchie peut-être adressée indépendemmentindépendemment

•Simplifie et accélère la définition et la Simplifie et accélère la définition et la reconfiguration d’architectures décisionnelles reconfiguration d’architectures décisionnelles complexescomplexes





Principe de fonctionnement:Principe de fonctionnement:

D

D1-1 D1-ND1

Noeuds décisionnels

décision initiale

... ......






B1-1 B1-NB1

D

D1-1 D1-ND1


Comportements

décision initiale

... ......

...






A1 ANA

B1-1 B1-NB1

D

D1-1 D1-ND1

A2 A7


Comportements

Actions

décision initiale

... ......

......




Plate-forme d’essai: soccer robotiséPlate-forme d’essai: soccer robotisé

Pourquoi utiliser le soccer robotisé?Pourquoi utiliser le soccer robotisé?

•Demande la résolution de problèmes complexes Demande la résolution de problèmes complexes dans des domaines variés (intelligence artificielle, dans des domaines variés (intelligence artificielle, mécatronique, mécatronique, contrôle en temps réel, systèmes contrôle en temps réel, systèmes de perception, de perception, etc.)etc.)

•Solutions transférables dans d’autres domainesSolutions transférables dans d’autres domaines

•Utilisation du sport le plus populaire au monde Utilisation du sport le plus populaire au monde (réunit la communauté scientifique internationale)(réunit la communauté scientifique internationale)




RoboCup: Coupe du monde de soccer robotiséRoboCup: Coupe du monde de soccer robotisé

•Objectif:Objectif: “ “By 2050, develop a team of fully By 2050, develop a team of fully

autonomous humanoid robots that can win against autonomous humanoid robots that can win against

the human world champion team in soccerthe human world champion team in soccer””

RoboCup GermanOpen 2003




HDA d’une équipe de robots joueurs de soccerHDA d’une équipe de robots joueurs de soccer




Présentation d’un vidéo : essais récentsPrésentation d’un vidéo : essais récents(cliquer)(cliquer)




ConclusionConclusion

• Problèmes de coordination inhérents aux Problèmes de coordination inhérents aux systèmes à perception et décision distribuées systèmes à perception et décision distribuées





• La hiérarchie décisionnelle arborescente permet La hiérarchie décisionnelle arborescente permet d’adresser cette problématiqued’adresser cette problématique







• Le soccer robotisé, une plate-forme de Le soccer robotisé, une plate-forme de développement pour les systèmes multi-robots développement pour les systèmes multi-robots coopératifscoopératifs








• Solutions transférables à d’autres domainesSolutions transférables à d’autres domaines








• Solutions transférables à d’autres domainesSolutions transférables à d’autres domaines

• De nombreuses applications prometteuses dont De nombreuses applications prometteuses dont plusieurs reliées à l’exploration spatialeplusieurs reliées à l’exploration spatiale





QuestionsQuestions

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