Sélection et contrôle de modes de déplacement pour un robot mobile autonome en environnements naturels

Autonomous navigation and locomotion of a mobile robot in natural environments remain a rather open issue. Several functionalities are required to complete the usual perception/decision/action cycle. They can be divided in two main categories~: navigation (perception and decision about the movement) and locomotion (movement execution). In order to be able to face the large range of possible situations in natural environments, it is essential to make use of various kinds of complementary functionalities, defining various navigation and locomotion modes. Indeed, a number of navigation and locomotion approaches have been proposed in the litterature for the last years, but none can pretend being able to achieve autonomous navigation and locomotion in every situation. Thus, it seems relevant to endow an outdoor mobile robot with several complementary navigation and locomotion modes. Accordingly, the robot must also have means to select the most appropriate mode to apply. This thesis proposes the development of such a navigation/locomotion mode selection system, based on two types of data~: an observation of the context to determine in what kind of situation the robot has to achieve its movement and an evaluation of the behavior of the current mode, made by monitors which influence the transitions towards other modes when the behavior of the current one is considered as non satisfying. Hence, this document introduces a probabilistic framework for the estimation of the mode to be applied, some navigation and locomotion modes used, a qualitative terrain representation method (based on the evaluation of a difficulty computed from the placement of the robot's structure on a digital elevation map), and monitors that check the behavior of the modes used (evaluation of rolling locomotion efficiency, robot's attitude and configuration watching). Some experimental results obtained with those elements integrated on board two different outdoor robots are presented and discussed.Le déplacement entièrement autonome d'un robot mobile en environnements naturels est un problème encore loin d'être résolu. Il nécessite la mise en oeuvre de fonctionnalités permettant de réaliser le cycle perception/décision/action, que nous distinguons en deux catégories : navigation (perception et décision sur le mouvement à réaliser) et locomotion (réalisation du mouvement). Pour pouvoir faire face à la grande diversité de situations que le robot peut rencontrer en environnement naturel, il peut être primordial de disposer de plusieurs types de fonctionnalités complémentaires, constituant autant de modes de déplacement possibles. En effet, de nombreuses réalisations de ces derniers ont été proposées dans la littérature ces dernières années mais aucun ne peut prétendre permettre d'exécuter un déplacement autonome en toute situation. Par conséquent, il semble judicieux de doter un robot mobile d'extérieur de plusieurs modes de déplacement complémentaires. Dès lors, ce dernier doit également disposer de moyens de choisir en ligne le mode le plus approprié. Dans ce cadre, cette thèse propose une mise en oeuvre d'un tel système de sélection de mode de déplacement, réalisée à partir de deux types de données : une observation du contexte pour déterminer dans quel type de situation le robot doit réaliser son déplacement et une surveillance du comportement du mode courant, effectuée par des moniteurs, et qui influence les transitions vers d'autres modes lorsque le comportement du mode actuel est jugé non satisfaisant. Nous présentons donc : un formalisme probabiliste d'estimation du mode à appliquer, des modes de navigation et de locomotion exploités pour réaliser le déplacement autonome, une méthode de représentation qualitative du terrain (reposant sur l'évaluation d'une difficulté calculée après placement de la structure du robot sur un modèle numérique de terrain), et des moniteurs surveillant le comportement des modes de déplacement utilisés (évaluation de l 'efficacité de la locomotion par roulement, surveillance de l'attitude et de la configuration du robot...). Des résultats expérimentaux de ces éléments intégrés à bord de deux robots d'extérieur différents seront enfin présentés et discutés