Middleware and programming models for multi-robot systems

Stefan-Gabriel Chitic 1, 2, 3, 4
3 DYNAMID - Dynamic Software and Distributed Systems
CITI - CITI Centre of Innovation in Telecommunications and Integration of services
4 CHROMA - Robots coopératifs et adaptés à la présence humaine en environnements dynamiques
Inria Grenoble - Rhône-Alpes, CITI - CITI Centre of Innovation in Telecommunications and Integration of services
Résumé : Malgré́ de nombreuses années de travail en robotique, il existe toujours un manque d’architecture logicielle et de middleware stables pour les systèmes multi-robot. Un intergiciel robotique devrait être conçu pour faire abstraction de l’architecture matérielle de bas niveau, faciliter la communication et l’intégration de nouveaux logiciels. Cette thèse se concentre sur le middleware pour systèmes multi-robot et sur la façon dont nous pouvons améliorer les frameworks existantes dans un contexte multi-robot en ajoutant des services de coordination multi-robot, des outils de développement et de déploiement massif. Nous nous attendons à ce que les robots soient de plus en plus utiles car ils peuvent tirer profit des données provenant d’autres périphériques externes dans leur prise de décision au lieu de simplement réagir à leur environnement local (capteurs, robots coopérant dans une flotte, etc.). Cette thèse évalue d’abord l’un des intergiciels les plus récents pour robot(s) mobile(s), Robot operating system (ROS), suivi par la suite d’un état de l’art sur les middlewares couramment utilisés en robotique. Basé sur les conclusions, nous proposons une contribution originale dans le contexte multi-robots, appelé́ SDfR (Service discovery for Robots), un mécanisme de découverte des services pour les robots. L’objectif principal est de proposer un mécanisme permettant aux robots de garder une trace des pairs accessibles à l’intérieur d’une flotte tout en utilisant une infrastructure ad-hoc. Un autre objectif est de proposer un protocole de négociation de configuration réseau. A cause de la mobilité́ des robots, les techniques classiques de configuration de réseau pair à pair ne conviennent pas. SDfR est un protocole hautement dynamique, adaptatif et évolutif adapté du protocole SSDP (Simple Service Discovery Proto- col). Nous conduisons un ensemble d’expériences, en utilisant une flotte de robots Turtlebot, pour mesurer et montrer que le surdébit de SDfR est limité. La dernière partie de la thèse se concentre sur un modèle de programmation basé sur un automate temporisé. Ce type de programmation a l’avantage d’avoir un modèle qui peut être vérifié et simulé avant de déployer l’application sur de vrais robots. Afin d’enrichir et de faciliter le développement d’applications robotiques, un nouveau modèle de programmation basé sur des automates à états temporisés est proposé́ , appelé́ ROSMDB. Il fournit une vérification de modèle lors de la phase de développement et lors de l’exécution. Cette contribution est composée de plusieurs composants : une interface graphique pour créer des modèles basés sur un automate temporisé, un vérificateur de modèle intègré basé sur UPPAAL et un générateur de squelette de code. De plus, un framework spécifique à ROS est proposé́ pour vérifier l’exactitude de l’exécution du modèle et déclencher des alertes. Enfin, nous avons effectué deux expériences : une avec une flotte de drones Parrot et l’autre avec des Turtlebots afin d’illustre le modèle proposé et sa capacité́ à vérifier les propriétés.
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Contributeur : Stefan-Gabriel Chitic <>
Soumis le : mercredi 6 juin 2018 - 17:10:15
Dernière modification le : samedi 27 octobre 2018 - 01:20:27
Document(s) archivé(s) le : vendredi 7 septembre 2018 - 14:56:29

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Stefan-Gabriel Chitic. Middleware and programming models for multi-robot systems. Ubiquitous Computing. INSA Lyon, 2018. English. 〈tel-01809505〉

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