Navigation autonome sans collision pour robots mobiles nonholonomes

This work deals with autonomous navigation in cluttered environments for wheeled mobile robots subject to nonholonomic kinematic constraints. The potential applications of this work are for instance the development of autonomous cars and of parking assistance systems. In order to navigate autonomously a robot must realise several functionalities: path planning in a map of the environment, localisation, obstacle avoidance, trajectory following, etc. We show that the specificities of the applications of this work and of the systems we deal with imply the development of specific methods to address these functionalities. Our contribution lies in the development of original methods to solve some of these functionalities and in their integration into a generic software architecture. First, we present an obstacle avoidance method the principle of which is to deform an initial trajectory in order to make it move away from perceived obstacles and so that it respects the kinematic constraints of the system. Then, we propose a landmark-based parking method for nonholonomic systems. The principle is to define a parking position with respect to some landmarks of the environment, and to deform the trajectory in order to reach this position. Then, we present a generic architecture for the integration of the functionalities of localisation, obstacle avoidance and trajectory following. Eventually, we illustrate this work with some experimental results obtained with several robots.Cette thèse traite de la navigation autonome en environnement encombré pour des véhicules à roues soumis à des contraintes cinématiques de type nonholonome. Les applications de ces travaux sont par exemple l'automatisation de véhicules ou l'assistance au parking. Afin de se déplacer de façon autonome, un robot doit mettre en oeuvre un certain nombre de fonctionnalités : planification d'une trajectoire sans collision, localisation, évitement réactif d'obstacles, suivi de trajectoire, etc. Nous montrons que les spécificités des applications envisagées et des systèmes auxquels nous nous intéressons requièrent des méthodes originales de résolution de ces fonctionnalités, qui tiennent explicitement compte de ces spécificités. Notre contribution porte sur le développement de méthodes permettant de réaliser certaines de ces fonctionnalités et sur l'intégration des différentes fonctionnalités de la navigation au sein d'une architecture générique. Nous présentons tout d'abord une méthode d'évitement réactif d'obstacles qui consiste à déformer en cours d'exécution une trajectoire initiale calculée dans un modèle de l'environnement, de façon à ce qu'elle s'éloigne des obstacles perçus et qu'elle respecte les contraintes cinématiques du système. Puis nous proposons une méthode de parking référencé sur des amers pour systèmes nonholonomes. Le principe est de définir la position de parking désirée relativement à des éléments de l'environnement, et de déformer la trajectoire pour rejoindre cette position. Ensuite nous présentons une architecture générique pour l'intégration des fonctionnalités de localisation, d'évitement d'obstacles et de suivi de trajectoire. Enfin nous illustrons l'ensemble de ces travaux par des résultats expérimentaux obtenus avec plusieurs robots