Contrôle d'exécution pour robots mobiles autonomes: architecture, spécification et validation

The work presented in the thesis deals with problems concerning the execution control of autonomous mobile robots. The first part of the work presents the global control architecture and compares it to other approaches. We describe the hierarchical levels which it is composed of and each of their roles in the system's functioning. The lower level, composed of several modules, combines the perception, modelisation and action functions of the system. The second part presents the executive level. The executive must follow the execution of the functions, resolve the conflicts between modules, carry out certain reflex actions and maintain information concerning the use of the robot resources that cannot be shared. It can be seen as a group of automatons, that interact and change states according to the requests arriving from the higher level and the answers coming from the modules. The implementation of the executive uses the rule-based KHEOPS system. KHEOPS' compilation, using a set of in-going and out-going variables and the rules that bind them, produces an equivalent decision tree whose depth is known, which guarantees that the execution of the executive will be bounded in time. The compilation also guarantees certain logical characteristics of the automatons used. The third part presents the relations between the functional level (modules and executive) and the the level just above: the task level. This level is based on the PRS system, which transforms high abstraction-level tasks into action procedures that are recognised by the functional level, and supervises their execution. The thesis presents an equivalence between a PRS subset and coloured Petri nets, which enables checking at the task level, when the equivalence exists. To conclude, we present some results regarding the experimental implementation of this work with the Hilare 2 robot.Le travail présenté dans le mémoire traite des problèmes liés au contrôle d'exécution des actions des robots mobiles autonomes. Une première partie présente l'architecture de contrôle globale et la compare à d'autres approches. On décrit les niveaux hiérarchiques qui la constituent et leurs rôles dans le fonctionnement du système. Le niveau inférieur, composé d'un ensemble de modules, rassemble les fonctions de perception, de modélisation et d'action du système. La seconde partie présente le niveau exécutif. L'exécutif doit suivre l'exécution des fonctions, résoudre les conflits entre modules, accomplir certaines actions réflexes et maintenir une information sur l'utilisation des ressources non partageables du robot. Il peut être vu comme un ensemble d'automates, qui interagissent et changent d'état selon les requêtes qui arrivent du niveau supérieur et les répliques qui proviennent des modules. La mise en oeuvre de l'exécutif utilise le système à base de règles KHEOPS. La compilation faite par KHEOPS permet, à partir d'un ensemble de variables d'entrée et de sortie et des règles qui les relient, d'obtenir un arbre de décision équivalent et de profondeur connue, ce qui garantit un temps d'exécution borné pour l'exécutif. La compilation permet aussi de garantir certaines propriétés logiques des automates mis en place. La troisième partie présente les relations entre le niveau fonctionnel (modules et exécutif) et la couche immédiatement supérieure, le niveau tache. Ce niveau est basé sur le système PRS, qui transforme des taches de haut niveau d'abstraction en procédures d'actions reconnues par le niveau fonctionnel et surveille leur exécution. Le mémoire présente une équivalence entre un sous-ensemble de PRS et les réseaux de Pétri colorés, ce qui permet de faire une vérification du niveau tache quand l'équivalence existe. Enfin, on présente quelques rés ultats de la mise en oeuvre expérimentale de ces travaux avec le robot Hilare 2