Synthèse de lois de commande sans modèle de robot mobile autonome dans un environnement dynamique

Le Conservatoire national des arts et métiers (Cnam) a été fondé en 1794 par l’abbé Grégoire pour perfectionner l’industrie nationale. C’est aujourd’hui un établissement public à caractère scientifique, culturel et professionnel placé sous la tutelle du ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche. 

Les formations du Cnam - plus de 750, dans les domaines les plus variés - sont construites et dispensées en lien étroit avec les entreprises et organisations professionnelles. 80 % d’entre elles sont en formation continue et 20 % en formation initiale (principalement en apprentissage). 

Le Cnam abrite également le musée des Arts et Métiers, au cœur de Paris, qui conserve la plus ancienne collection industrielle et technologique au monde. 

Contexte et objectifs du stage

La robotique, en général et la robotique mobile en particulier est un axe de recherche très porteur
dans divers domaines (médical, militaire, . . .). La mise en œuvre de la commande de tels systèmes,
notamment les robots mobiles, est confrontée à plusieurs contraintes :

• adaptation en temps réel à des environnements changeants et imprévus,
• prise en compte des obstacles mouvants,
• variations des conditions du terrain,
• incertitudes liées aux capteurs et actionneurs, . . .

Plusieurs approches de commande de tels systèmes ont été mises en œuvre. Néanmoins, elles se
trouvent confrontées aux problèmes épineux de la modélisation.
L’objectif de ce stage est de tirer profit de l’approche récente dite commande sans modèle
(mode-free control) [1], [2], [3], [4], [5] où l’utilisation d’un modèle de robot mobile devient
inutile. Il s’agit de concevoir et de mettre en œuvre des lois de commande sans modèle pour un
robot mobile autonome, afin de lui permettre de naviguer de manière optimale tout en s’adaptant à
des environnements dynamiques et incertains.
Le travail sera validé principalement par simulation en utilisant l’outil Matlab et ses toolbox :
Simulink, optimisation, Robotics, . . .

Description du travail 

État de l’art

• Étudier les différentes techniques de commande applicables à la robotique.
• Identifier les défis associés à la robotique médicale et mobile dans un environnement dynamique et incertain.
• Modélisation simplifiée du robot mobile (cinématique et dynamique), tout en intégrant les imperfections et les incertitudes des capteurs et des actuateurs.
• Utiliser Matlab pour simuler le robot et ses environnements (environnement dynamique avec obstacles, variations de terrain, etc.).
•  Implémenter des algorithmes de commande sans modèle. L’algorithme devra permettre au robot de suivre une trajectoire définie tout en réagissant aux perturbations dues à un environ nement dynamique (déplacement d’obstacles, changement de terrain).

Simulation et validation des performances

Utiliser Matlab et les outils associés (Simulink, Robotics Toolbox, etc.) pour simuler le comporte ment du robot dans un environnement dynamique. Analyser les performances de la commande sans modèle (temps de réponse, robustesse aux perturbations, précision de la trajectoire). Comparer les résultats avec des techniques de commande classiques (basées sur des modèles précis) pour évaluer les avantages et inconvénients de la commande sans modèle.

Bibliographie

[1] D. N. Nyakam, and H. Abouaïssa. Model-Free Control Policies for Inventory Management in Supply Chain. In : 8th International Conference on Control, Decision and Information Technologies, CoDIT. 2022. pp. 17-20.

[2] D. N. Nyakam, and H.Abouaïssa,“A Robust Inventory Management in Dynamic Supply Chains using An
Adaptive Model-Free Control". Journal of Computers and Chemical Engineering, 2023.

[3] FLIESS Michel, JOIN Cédric, and SIRA-RAMIREZ Hebertt. "Non-linear estimation is easy". International
Journal of Modelling. Identification and control. 2008. Vol.4. no 1. p.12-27.1

[4] FLIESS Michel and JOIN Cédric. "Model-free control". International journal of control. 2013. Vol. 86. no 12.
p. 2228-2252.

[5] YANG Tian. "Une contribution à l’observation et à l’estimation des systèmes linéaires ". 2010. Thèse de
doctorat.
 

• Des connaissances en robotique et en automatique sont indispensables ainsi que la maîtrise de Matlab. Une certaine expérience dans la mise en œuvre de lois de contrôle-commande en robotique sera vivement appréciée.
• Le/la candidat(e) devra faire preuve d’autonomie et de rigueur avec un bon esprit critique et analytique.