Distributed algorithms for large-scale robotic ensembles : centrality, synchronization and self-reconfiguration

Résumé : Les récentes avancées technologiques en particulier dans le domaine de la miniaturisation de dispositifs robotiques laissent présager l'émergence de grands ensembles distribués de petits robots qui coopéreront en vue d'accomplir des tâches complexes (e.g., robotique modulaire, robots en essaims, microsystèmes électromécaniques distribués). Ces grands ensembles seront composés d'entités indépendantes, intelligentes et communicantes qui agiront comme un ensemble à part entière. Pour cela, elles s'auto-organiseront et collaboreront en vue d'accomplir des tâches complexes. Ces systèmes présenteront les avantages d'être plus polyvalents et plus robustes que les systèmes robotiques conventionnels tout en affichant un prix réduit.Ces ensembles formeront des systèmes distribués complexes dans lequel chaque entité sera un système embarqué à part entière avec ses propres capacités et ressources toute fois limitées. Coordonner de tels systèmes posent des défis majeurs et ouvrent de nouvelles opportunités dans l'algorithmique distribuée. Je défends la thèse qu'il faut d'ores et déjà identifier et implémenter des algorithmes distribués servant de primitives de base à la coordination de ces ensembles.Dans ce travail, nous nous focalisons sur une classe particulière de robots, à savoir les robots modulaires distribués formant de grands ensembles de modules fortement contraints en ressources (mémoire, calculs, etc.), placés dans une grille régulière et capables de communiquer entre voisins connexes uniquement. J'ai identifié et implémente trois primitives servant à la coordination de ces systèmes, à savoir l'élection d'un nœud central au réseau, la synchronisation temporelle ainsi que l'auto-reconfiguration.Dans ce manuscrit, je propose un ensemble d'algorithmes distribués réalisant ces primitives. J'ai évalué mes algorithmes en utilisant des expériences sur des modules matériels et en simulation sur des systèmes, composés de quelques dizaines à plus d'une dizaine de milliers de modules. Ces expériences montrent que nos algorithmes passent à l'échelle et sont adaptés aux grands ensembles distribués de systèmes embarqués avec des ressources fortement limités à la fois en mémoire et en calcul.
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Thèse
Robotics [cs.RO]. Université Bourgogne Franche-Comté, 2017. English. 〈NNT : 2017UBFCD027〉
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Soumis le : vendredi 8 juin 2018 - 09:43:06
Dernière modification le : vendredi 6 juillet 2018 - 15:06:09
Document(s) archivé(s) le : dimanche 9 septembre 2018 - 13:58:56

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André Naz. Distributed algorithms for large-scale robotic ensembles : centrality, synchronization and self-reconfiguration. Robotics [cs.RO]. Université Bourgogne Franche-Comté, 2017. English. 〈NNT : 2017UBFCD027〉. 〈tel-01810645〉

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