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Thèses soutenues 2023



  Benoit Loger, Modèles d’optimisation basés sur les données pour la planification des opérations dans les Supply Chain industrielles
Modèles d’optimisation basés sur les données pour la planification des opérations dans les Supply Chain industrielles
Auteur : Benoit Loger
Manuscript :


Mots-clés : Optimisation dirigée par les donnéesGestion de la Supply ChainOptimisation robuste
Résumé

Face à la complexité croissante des chaînes logistiques, l’utilisation d’outils d’aide à la décision automatisés devient nécessaire pour appréhender les multiples sources d’incertitude susceptibles de les impacter tout en garantissant un niveau de performance élevé. Pour répondre à ces objectif, les managers ont de plus en plus recours à des approches capables d’améliorer la résilience des chaînes logistiques en proposant des solutions robustes face aux aléas, pour garantir à la fois la qualité de service et la maîtrise des coûts liés à la production, au stockage et au transport de biens. Alors que la collecte et l’analyse des données occupe une place croissante dans la stratégie des entreprises, la bonne exploitation de ces informations afin de caractériser plus précisément ces incertitudes et leur impact sur les opérations devient un enjeu majeur pour optimiser les systèmes de production et de distribution modernes. Cette thèse se positionne au cœur de ces nouveaux défis en développant différentes méthodes d’optimisation mathématiques reposant sur l’utilisation de données historiques, dans le but de proposer des solutions robustes à plusieurs problèmes d’approvisionnement et de planification de production. Des expérimentations numériques sur des applications de natures diverses permettent de comparer ces nouvelles techniques à plusieurs autres approches classiques de la littérature pour valider leur pertinence en pratique. Les résultats obtenus démontrent l’intérêt de ces contributions, qui offrent des performances moyennes comparables tout en réduisant leur variabilité en contexte incertain. En particulier, les solutions restent satisfaisantes lorsqu’elles sont confrontées à des scenarios extrêmes, dont la probabilité d’apparition est faible. Enfin, les temps de résolution des procédures développées restent compétitifs et laissent envisager la possibilité d’une mise en œuvre sur des cas d’application à l’échelle industrielle.


Date de soutenance : 21-12-2023
Président du jury : Fabien Lehuédé
Jury :
  • Nadjib Brahimi [Président]
  • Céline Gicquel [Rapporteur]
  • André Rossi [Rapporteur]
  • Stefan Minner
  • Guillaume Massonnet
  • Evren Sahin
  • Alexandre Dolgui

  Alessandro Colotti, Stabilité et Régions d’Attraction de Systèmes d’Asservissement Visuel Basé Image
Stabilité et Régions d’Attraction de Systèmes d’Asservissement Visuel Basé Image
Auteur : Alessandro Colotti
Manuscript :


Mots-clés : Asservissement visuelAnalyse de la stabilitéRégions d’attraction
Résumé

L’asservissement visuel est un domaine mature dont le formalisme est bien établi. L’un de ses principaux objectifs est lecontrôle d’un robot à l’aide des informations visuelles provenant d’une caméra, qui est généralement montée sur l’effecteur du robot. Même si l’asservissement visuel a conduit à de nombreuses applications réussies, son analyse de stabilité reste une question théorique ouverte, en particulier pour l’asservissement visuel basé image. Dans cette thèse, nous avons exploré en profondeur les propriétés de stabilité de ces systèmes, à la fois en développant de nouveaux outils théoriquesqui nous permettent d’étudier la stabilité des systèmes à énergie décroissante et en définissant une stratégie qui rend le calcul de l’ensemble complet des équilibres résolvable dans le contexte de l’asservissement visuel. Grâce à notre nouvelle méthodologie, qui s’inspire des théories de Lyapunov et de Morse, nous avons pu caractériser rigoureusement l’interconnexion entre les équilibres de ces systèmes et proposer les régions d’attraction indépendante des contrôleurs des équilibres stables, ce qui a permis d’éclairer d’un jour nouveau le comportement de ces systèmes. De plus, les outils que nous avons développés nous ont permis de synthétiser un nouveau paradigme de contrôle, que nous appelons meta-contrôleur, qui fournit une amélioration substantielle de la taille de la région, d’attraction de la pose souhaitée, mettant enévidence l’importance de la compréhension de la stabilité de ces systèmes, et l’importance des points selles pour son analyse.


Date de soutenance : 21-12-2023
Président du jury : Sébastien Briot
Jury :
  • François Chaumette [Président]
  • Sophie Tarbouriech [Rapporteur]
  • Philippe Martinet [Rapporteur]
  • Nicolas Andreff
  • Denis Efimov
  • Franck Plestan

  Federico Zaccaria, Contributions à l'analyse de la performance des robots parallèles continus
Contributions à l'analyse de la performance des robots parallèles continus
Auteur : Federico Zaccaria
Manuscript :


Mots-clés : Robots parallèles continusAnalyse de performancesEspace de travailStabilité des equilibres
Résumé

Les robots parallèles continus (RPCs) sont des manipulateurs utilisant plusieurs tiges flexibles disposées en parallèle et connectées à une plateforme rigide. Les RCPs promettent des capacités de charge et une précision plus élevée queles robots sériels continus, tout en gardant une grande flexibilité. Puisque le risque de blessure lors d’un contact accidentel entre un humain et un CPR devrait être réduit, les RCPs peuvent être utilisés dans des tâches collaboratives à grande échelle ou dans de tâches de chirurgie robotique assistée. Différentes architectures de RCP existent, mais la conception du prototype est rarement basée sur des considérations de performance, et la réalisation de RCPs est principalement à partir d’intuitions en utilisant d’architectures de manipulateurs parallèles rigides. Les thèmes de recherche de cette thèseportent sur l’analyse des performances des RCPs, et sur les outils nécessaires à une telle évaluation, ainsi que sur les algorithmes de calcul de leur espace de travail. En particulier, les stratégies de calcul de l’espace de travail pour les RCPs sont essentielles pour l’´évaluation de la performance, car l’espace de travail peut être utilisé comment un indice deperformance, par exemple pour des outils de conception optimale. Deux nouveaux algorithmes de calcul de l’espace de travail sont proposés dans ce manuscrit, le premier se concentrant sur le calcul du volume de l’espace de travail et la certification de ses résultats numériques, et le second sur le calcul des bords de l’espace de travail uniquement. Enraison de la nature ´élastique des RCPs, un indicateur de performance essentiel pour ces robots est la stabilité de leurs configurations d’équilibre. Cette thèse propose la validation expérimentale de l’´évaluation de la stabilité des équilibres sur un prototype réel, démontrant les limites de certaines hypothèses couramment utilisées. De plus, un indice de performance mesurant la distance à l’instabilité est proposé dans ce manuscrit. Contrairement à la majorité des approches existantes, l’avantage évident de l’indice proposé est une signification physique bien défini.


Date de soutenance : 20-12-2023
Président du jury : Sébastien Briot
Jury :
  • Marc Gouttefarde [Président]
  • Jessica Burgner-Kahrs [Rapporteur]
  • Kanty Rabenorosoa [Rapporteur]
  • Matteo Russo
  • Elwan Héry
  • Quentin Peyron

  Honglu Sun, Identifier et analyser les comportements dynamiques à long terme des réseaux de régulation génétique à l’aide de modélisation hybride
Identifier et analyser les comportements dynamiques à long terme des réseaux de régulation génétique à l’aide de modélisation hybride
Auteur : Honglu Sun
Manuscript :


Mots-clés : Modélisation hybrideCycle limiteAccessibilitéRépressilateurAttracteurRéseaux de régulation des gènes
Résumé

Utiliser des modèles dynamiques pour révéler les propriétés dynamiques des réseaux de régulation des gènes peut nous aider à mieux comprendre la nature de ces systèmes biologiques et à développer nouveaux traitements médicaux. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur une classe de systèmes dynamiques hybrides appelés réseaux de régulation des gènes hybrides (HGRN) et visons à analyser les propriétés dynamiques à long terme. Nous proposons des méthodes pour trouver des cycles limites et analyser leur stabilité, et pour analyser l’accessibilité dans HGRNs. Ceci est suivi d’une étude plus approfondie de certains réseaux d’intérêt pour la biologie des systèmes : Les répressilateurs, et nous trouvons des conditions pour l’existence d’oscillations soutenues dans le répressilateur canonique en dimension 3, et des conditions, décrites par les caractéristiques topologiques des réseaux, pour l’existence d’un attracteur périodique dans les répressilateurs discrets en dimension 4. En résumé, cette thèse propose de nouvelles méthodes pour analyser certaines propriétés des HGRNs qui n’ont pas été étudiées auparavant, par exemple la stabilité des cycles limites à N dimensions, l’accessibilité, etc. Les résultats pourront être développés à l’avenir pour étudier d’autres grands réseaux complexes.


Date de soutenance : 18-12-2023
Président du jury : Morgan Magnin
Jury :
  • Jean-Luc Gouzé [Président]
  • Ovidiu Radulescu [Rapporteur]
  • Thao Dang [Rapporteur]
  • Hélène Collavizza

  Antoine Bernabeu, Support d'exécution pour les systèmes intermittents
Support d'exécution pour les systèmes intermittents
Auteur : Antoine Bernabeu
Manuscript :


Mots-clés : IntermittentSans-batteriesSupport d’exécutionRécolte d’énergieModélisation horsligne
Résumé

Les travaux de cette thèse s’intéressent à la modélisation et le développement de mécanismes permettant une exécution efficace sur des systèmes alimentés par une énergie intermittente tels que les capteurs sans fil. De tels systèmes sont alimentés par énergie renouvelable via un petit tampon d’énergie sous la forme d’un supercondensateur. La contributionprincipale est l’exploration d’une approche consciente de l’énergie pour les supports d’exécution intermittents. Tout d’abord, nous proposons d’utiliser les réseaux de Petri temporels à coût afin de modéliser de tels systèmes et nous proposons une extension de cette sémantique afin de résoudre un problème d’ordonnancement maximisant une variable sous contraintede coût. En combinant le modèle proposé et une approche pire cas, nous générons un ordonnancement fiable pour les systèmes intermittents qui ne commence aucunes opérations sans la certitude de les finir vis-à-vis de l’énergie disponible. Nous avons ensuite utilisé cet ordonnancement dans un support d’exécution basé sur un système d’exploitation temps-réelpour gérer l’intermittence. Ce support d’exécution utilise un modèle de consommation de l’énergie du système intermittent afin de minimiser les opérations liées à l’exécution intermittente et d’assurer la continuité des opérations de l’application malgré les interruptions fréquentes d’alimentation. Ces travaux ont été jusqu’à la mise en oeuvre pratique d’un tel supportd’exécution sur une étude de cas concernant la détection de chant des oiseaux


Date de soutenance : 15-12-2023
Président du jury : Olivier-Henri Roux
Jury :
  • Hanna Klaudel [Président]
  • Daniel Chillet [Rapporteur]
  • Emmanuel Grolleau [Rapporteur]

  Vincenzo Di Paola, Un Traité sur les Problémes Ouverts en Robotique : Depuis les Plateformes Câblées aux Variétés Persitantes
Un Traité sur les Problémes Ouverts en Robotique : Depuis les Plateformes Câblées aux Variétés Persitantes
Auteur : Vincenzo Di Paola
Manuscript :


Mots-clés : Plateformes à câblesContrôle adaptatifCinématique théoriqueSystemes persistants
Résumé

Malgré les nombreux efforts en cours pour développer des questions dans le domaine de la robotique, il existe tout autant deproblèmes ouverts et non résolus. Cette thèse se propose donc de s'attaquer à certains défis, dans le but d'effleurer la surface et de faire émerger de nouvelles idées ou de nouvelles voies. Les thèmes abordés seront divisés en deux parties. La première concerne le développement et l'amélioration des techniques de contrôle des systèmes robotiques à câbles. La seconde se concentre sur l'étude des variétés persistantes constituant des aspects de la cinématique théorique. En détail,- la partie I concerne les robots parallèles à câbles. Elle développe à la fois une technique de calcul des tensions à appliquer aux câbles et la conception d'un contrôleur robuste.L'objectif est donc d'améliorer les deux éléments de base constituant le schéma de commande général d'un robot afin d'accroître les performances lors de l'exécution d'une task;- La deuxième partie est dédiée à la cinématique théorique. La découverte et la classification des systèmes \textit{invariants}de torseurs ont permis d'éclairer de nombreux aspects de la mobilité et de la synthèse des chaînes cinématiques. De plus, cette dernière a généré l'émergence de nouvelles idées et de questions encore non résolues. Parmi cellesci, l'une des plus connues concerne l'identification et la classification des variétés persistantes à 5 dimensions.


Date de soutenance : 15-12-2023
Président du jury : Stéphane Caro
Jury :
  • Andreas Mueller [Président]
  • Xianwen Kong [Rapporteur]
  • Christine Chevallereau
  • Matteo Verotti

  Xiao Xie, Processus de stabilisation d’un robot serpentiforme à la surface de l’eau : modélisation, contrôle et stabilité
Processus de stabilisation d’un robot serpentiforme à la surface de l’eau : modélisation, contrôle et stabilité
Auteur : Xiao Xie
Manuscript :


Mots-clés : Bio-inspirationModélisation dynamiqueRobot serpentContrôle basé sur un modèle
Résumé

Les robots nageurs élancés, inspirés par des serpents aquatiques ou des anguilles, gagnent en popularité au milieu académique. Ils sont manœuvrable et écoénergétiques par rapport aux navires autonomes de surface. Cependant, ils souffrent d’instabilité sur la surface de l’eau dans des conditions extrêmes (houle, vent, débris de surface). Le processus de stabilisation pour ces nageurs multicorps élancés reste une question ouverte. Le projet SSSNAEQ cherche à résoudre ce problème en s’inspirant des serpents pour stabiliser ces robots de manière active. À travers cet objectif, un nouveau robot serpentiforme, nommé NATRIX, a été développé, équipé des “organes” bio-inspiré localisés dans le cou et le long du corps pour réaliser une stabilisation active. Dans ce cadre, cette thèse reporte l’exploration de la stabilité statique et dynamique du robot sur la surface de l’eau sous l’aspect de simulation numérique. Elle porte d’abord sur la modélisation géométrique, cinématique et dynamique du robot. Basées sur ces modèles, deux nouvelles stratégies en boucle ouverte et boucle fermée sur le contrôle postural ont été proposées. Ces lois de contrôle permettent de calculer les trajectoires articulaires qui stabilisent la posture du robot sur la surface de l’eau pour des poses statiques ou lors de la nage. Ensuite, nous reportons une résonance paramétrique auto-excitée au cours de la nage cyclique, provoquant le chavirement du robot à travers un mouvement de roulis illimité. Le processus physique de cette instabilité est lié aux mouvements internes du robot, différents de celui des navires monocoque [69]. Un template de stabilité, différent de celui pour les locomoteurs bipèdes [123], a été développé pour prédire cette instabilité. À la fin, on a confirmé que, en exploitant les organes additionnels, cette instabilité est considérablement atténuée. Ces travaux représentent des premières briques méthodologiques, ouvrant la voie à un contrôle actif de la stabilisation des robots serpents nageurs sur la surface de l’eau.


Date de soutenance : 13-12-2023
Président du jury : Frédéric Boyer
Jury :
  • Anthony Herrel [Président]
  • Franck Ruffier [Rapporteur]
  • Médéric Argentina [Rapporteur]
  • Laetitia Giraldi
  • Johann Herault
  • Vincent Lebastard

  Guillaume Dupre, Conception de systèmes de contrôle avancé de reacteur PWR flexible
Conception de systèmes de contrôle avancé de reacteur PWR flexible
vers une solution industrielle
Auteur : Guillaume Dupre
Manuscript :


Mots-clés : Commande prédictive non linéaireCommande à gains séquencésRéacteurs à eau sous pression
Résumé

La plupart des unités de production d'électricité d'origine renouvelable déployées ces dernières années sont par nature intermittentes. En l'absence de solution de stockage à grande échelle, la production et la consommation d'électricité doivent être constamment équilibrées pour garantir la stabilité du réseau. Ce rôle, traditionnellement occupé par les centrales thermiques à flamme, tend de plus en plus à être assuré par les centrales nucléaires. Ainsi, cette thèse vise à améliorer la flexibilité des réacteurs nucléaires à eau sous pression afin de répondre aux futurs besoins du réseau électrique. Pour ce faire, plusieurs systèmes de contrôle du coeur du réacteur ont été conçus en se basant sur des méthodes avancées du domaine de l'automatique, à savoir la commande prédictive et la commande à gains séquencés. Un modèle non-linéaire de réacteur multi-mailles, destiné à la synthèse de lois de commande, a notamment dû être développé. De complexité juste suffisante, il est bien adapté à des fins de prédiction court terme. La solution finalement proposée comporte deux volets : 1) un système temps réel d’aide au pilotage (brevet monde), qui fait désormais partie de l’offre commerciale de Framatome, et 2) une solution de pilotage hiérarchique compatible avec les boucles de régulation de température existantes, dont les performances sont nettement accrues en termes de flexibilité et de respect des contraintes opérationnelles, par rapport aux modes de pilotage actuels. Cette solution s'appuie sur les techniques d'implémentation de commande prédictive non-linéaire les mieux adaptées.


Date de soutenance : 06-12-2023
Président du jury : Philippe Chevrel
Jury :
  • Jean-Jacques Loiseau
  • Gildas Besançon
  • Ionela Prodan
  • Guillaume Sandou
  • Philippe Chevrel
  • Mohamed Yagoubi

  Vimalesh Muralidharan, Conception et analyse de manipulateurs inspirés par la tenségrité
Conception et analyse de manipulateurs inspirés par la tenségrité
Auteur : Vimalesh Muralidharan
Manuscript :


Mots-clés : TenségritéConception bio-inspiréeAnti-parallélogrammeActionnement antagonisteEspace de travailConception optimale
Résumé

Cette thèse étudie les articulations et les manipulateurs inspirés de la tenségrité, équipés de ressorts et actionnés de manière redondante par des câbles antagonistes. La redondance de l’actionnement est exploitée pour moduler leur rigidité dans une configuration donnée. La condition pour obtenir une corrélation positive entre les forces d’actionnement et la rigidité est obtenue pour une articulation générale à un seul degré de liberté (1-DDL). Ce phénomène, appelé coactivationdans les articulations biologiques, permet d’améliorer l’efficacité énergétique. Parmi les articulations à pivot (R) et les mécanismes symétriques à quatre barres, l’antiparallélogramme (X) offre la plus grande amplitude de mouvement avec coactivation. C’est pourquoi un manipulateur planaire 2-DDL avec deux articulations X est conçu. Deux schémas d’actionnement avec quatre et trois câbles, respectivement, sont examinés pour ce manipulateur. Les performances en termes d’espace de travail, de vitesse, de force et de rigidité sont comparées pour les deux schémas. Les considérations de conception de tels manipulateurs, à savoir les limites des articulations, la faisabilité mécanique des ressorts et la resistancedes barres, sont abordées. L’optimisation de la conception et la comparaison des manipulateurs 2-X et 2-R sont effectuées avec des spécifications identiques en matière de charge utile et d’espace de travail. Enfin, une articulation X modifiée est développée avec seulement des articulations sphériques, et un manipulateur spatial 3-X inspiré de la tenségrité est construit et étudié.


Date de soutenance : 06-12-2023
Président du jury : Philippe Wenger
Jury :
  • Pierre Renaud [Président]
  • Clément Gosselin [Rapporteur]
  • Marc Gouttefarde [Rapporteur]
  • Quentin Boehler
  • Christine Chevallereau

  Hardy Azmir Bin Anuar, Commande basée modes glissants d’un manipulateur aérien autonome
Commande basée modes glissants d’un manipulateur aérien autonome
Auteur : Hardy Azmir Bin Anuar
Manuscript :


Mots-clés : Manipulateur aérien autonomeCommande par modes glissantsSupertwistingGain adaptatif
Résumé

Ce manuscrit présente une étude sur l’application de commandes par modes glissants adaptatives (premier ordre et supertwisting) à un système robotique. Un manipulateur aérien composé d’un quadrirotor équipé d’un bras manipulateurrigide à deux degrés de liberté est considéré, le travail s’attachant au suivi de trajectoires complexes, en agissant sur l’altitude et l’attitude du quadrotor et le positionnement du bras manipulateur. Un simulateur complet a été développé.L’enjeu a été d’évaluer la capacité du système à suivre des trajectoires de mouvements hélicoïdaux en présence de perturbations (forces externes) ou d’incertitudes (masse embarquée). Pour cela, des lois de commande basées sur la théorie des modes glissants ont été proposées : la nature robuste de ce type d’approches, couplée à leur caractèreadaptatif, a motivé leur usage pour la première fois dans ce cadre applicatif. Une analyse détaillée des performances de cesnouvelles approches de commande a été faite en simulation, ainsi qu’une comparaison avec des approches plus classiques, notamment avec/sans présence de perturbations externes et avec/sans présence d’un chargement de masse ponctuelle à l’extrémité du bras du manipulateur.


Date de soutenance : 04-12-2023
Président du jury : Franck Plestan
Jury :
  • Xavier Brun [Président]
  • Patrick Coirault [Rapporteur]
  • Claire Dune

  Khadidja Abdoune, Vers un jumeau numérique soutenable pour la surveillance et la détection robuste d'anomalies dans les systèmes de production
Vers un jumeau numérique soutenable pour la surveillance et la détection robuste d'anomalies dans les systèmes de production
Auteur : Khadidja Abdoune
Manuscript :


Mots-clés : Jumeau Numérique JNSystème de production
Résumé

Cette thèse explore le Jumeau Numérique (JN) dans le contexte des systèmes de production manufacturiers. Elle élargit la définition du JN en intégrant des aspects de soutenabilité, mettant en avant l'efficacité et la durabilité dans le cycle de vie des JNs. L'étude se concentre ensuite sur les systèmes à événements discrets, révélant leur complexité événementielle. Elle développe des mécanismes de synchronisation pour améliorer la modélisation et des méthodes robustes pour renforcer la détection d'anomalies. Ces approches utilisent l'apprentissage automatique et les retours des opérateurs pour surveiller les performances et identifier les dérives. Une étude de cas sur une ligne d'assemblage confirme l'efficacité de ces approches. La thèse aborde également les systèmes à variables continues, en se penchant sur la consommation d'énergie d'un équipement industriel. Elle propose des méthodologies de génération de modèles basés sur les données dont une méthode est basée sur les densités de probabilités et une autre basée sur des intervalles pour quantifier les incertitudes. Enfin, cette recherche ouvre une perspective passionnante après la détection d'anomalies, notamment en matière de reconfiguration, de diagnostics et d’intégration de l’humain. Ces possibilités permettent de gérer les aléas de manière proactive, contribuant ainsi à l'amélioration globale des systèmes de production


Date de soutenance : 28-11-2023
Président du jury : Olivier Cardin
Jury :
  • Mamadou Kaba Traoré [Président]
  • Lionel Roucoules [Rapporteur]
  • Damien Trentesaux [Rapporteur]
  • Pierre Castagna
  • William Derigent

  Durgesh Haribhau Salunkhe, Robots cuspidaux : étude théorique, classification et application aux robots commerciaux
Robots cuspidaux : étude théorique, classification et application aux robots commerciaux
Auteur : Durgesh Haribhau Salunkhe
Manuscript :


Mots-clés : DesignPlanification de trajectoireRobots cuspidauxOptimisationCinématique
Résumé

Les robots cuspidaux sont des robots qui possèdent au moins une région connectée avec de multiples solutions cinématiques inverses. Cela permet aux robots cuspidaux de changer de solutions sans traverser de singularités. Cette thèse doctorale présente une étude théorique sur l’analyse cuspidale des robots sériels à 3 articulations rotatives (3R). La thèse présente également des algorithmes d’identification pour déterminer la cuspidalité des robots génériques à 6R. Ensuite, l’application de la cuspidalité est présentée en abordant les problèmes et en développant un cadre de planification de trajectoire pour les robots commerciaux cuspidaux. Une conclusion est apportée à la conjecture sur les robots cuspidaux à 3R à la suite du travail présenté, et la question du nombre d’aspects dans un robot générique à 3R est éclaircie. Une preuve de l’existence d’aspects réduits pour un robot générique à 3R est également présentée. La preuve présentée sur la cuspidalité des robots à 6R est réexaminée, et la nécessité de prêter attention au sujet de la cuspidalité dans la planification de trajectoire est d’autant plus motivée. Les problèmes critiques existant dans les robots commerciaux à 6R, largement ignorés, sont exposés, et un cadre de planification de trajectoire pour leur atténuation est présenté.


Date de soutenance : 27-11-2023
Président du jury : Philippe Wenger
Jury :
  • Federico Thomas
  • Med Amine Laribi
  • Mohab SAFEY El Din
  • Solen Corvez-Ferte
  • Michel Coste
  • Adolfo Suarez Roos

  Durgesh Haribhau Salunkhe, Robots cuspidaux : étude théorique, classification et applications aux robots commerciaux
Robots cuspidaux : étude théorique, classification et applications aux robots commerciaux
Auteur : Durgesh Haribhau Salunkhe
Manuscript :


Mots-clés : CinématiqueDesignPlanification de trajectoireRobots cuspidauxOptimisation
Résumé

Les robots cuspidaux sont des robots qui possèdent au moins une région connectée avec de multiples solutions cinématiques inverses. Cela permet aux robots cuspidaux de changer de solutions sans traverser de singularités.Cette thèse doctorale présente une étude théorique sur l’analyse cuspidale des robots sériels à 3 articulations rotatives (3R). La thèse présente également des algorithmes d’identification pour déterminer la cuspidalité des robots génériques à 6R. Ensuite, l’application de la cuspidalité est présentée en abordant les problèmes et en développant un cadre de planification de trajectoire pour les robots commerciaux cuspidaux. Une conclusion est apportée à la conjecture sur les robots cuspidaux à 3R à la suite du travail présenté, et la question du nombre d’aspects dans un robot générique à 3R est éclaircie. Une preuve de l’existence d’aspects réduits pour un robot générique à 3R est également présentée. La preuve présentée sur la cuspidalité des robots à 6R est réexaminée, et la nécessité de prêter attention au sujet de lacuspidalité dans la planification de trajectoire est d’autant plus motivée. Les problèmes critiques existant dans les robots commerciauxà 6R, largement ignorés, sont exposés, et uncadre de planification de trajectoire pour leuratténuation est présenté


Date de soutenance : 27-11-2023
Président du jury : Philippe Wenger
Jury :
  • Mohab Safey El Din [Président]
  • Federico Thomas [Rapporteur]
  • Mohamed Amine Laribi [Rapporteur]
  • Solen Corvez
  • Michel Coste
  • Adolfo Suarez-Roos

  Minh Quan Dao, Résoudre l’occlusion et la faible densité à distance des nuages de points pour la détection d’objets 3D par perception collaborative
Résoudre l’occlusion et la faible densité à distance des nuages de points pour la détection d’objets 3D par perception collaborative
Auteur : Minh Quan Dao
Manuscript :


Mots-clés : Perception collaborativeV2XDétection objets en 3DApprentissage profond
Résumé

La détection précise d’objets 3D est un enjeu majeur pour l’intégration sécurisée des véhicules autonomes dans le trafic routier. Le LiDAR, offrant des mesures de profondeur précises et relativement denses, est très présent dans les bases de données deréférence. Cependant, ses nuages de points sont clairsemés à longue distance et soumis aux occlusions. L’état de l’art propose alors des techniques de suréchantillonnage, par fusion avec des caméras ou par distillation des connaissances, afin d’obtenir de bonnes détections. La première méthode permet de reconstruire la profondeur des pixels afin de générer des points supplémentaires tandis que la seconde vise à obtenir des nuages de points imitant ceux sans occlusion ni dispersion. Comme ces approches utilisent des mesures obtenues par le véhicule ego à chaque pas de temps, la détection est inévitablement affectée par ces régions inobservables. Conscient des limites des méthodes à perspective unique, ces travaux de thèse s’efforcent à résoudre les problèmes d’occlusion et de rareté en exploitant des perspectives multiples. Notre approche exploite d’une part les mesures du véhicule ego par séquences : au cours de son déplacement dans le temps. D’autre part, nous proposons une perception collaborative basée sur la fusion des informations obtenues par de multiples agents connectés.


Date de soutenance : 24-11-2023
Président du jury : Vincent Frémont
Jury :
  • Samia Ainouz [Président]
  • Thierry Chateau [Rapporteur]
  • Sergiu Nedevschi [Rapporteur]
  • Ezio Malis
  • Holger Caesar
  • Fawzi Nashashibi

  Charles Vernerey, Modélisation et Optimisation Multi-Objectifs pour l’Extraction de Connaissance
Modélisation et Optimisation Multi-Objectifs pour l’Extraction de Connaissance
Auteur : Charles Vernerey
Manuscript :


Mots-clés : Programmation par ContraintesOptimisation Multi-ObjectifsFouille de MotifsAp- prentissage de Préférences
Résumé

L’objectif de cette thèse est de développer des approches novatrices pour représenter efficacement les préférences de l’utilisateur, dans des contextes de décision multi-objectifs, en vue d’extraire des connaissances intéressantes. Dans un premier temps, nous introduisons un nouveau modèle de Programmation Par Contraintes (PPC) pour extraire des motifs Pareto optimaux (aussi appelés kypatterns), qui passe à l’échelle. Nous montrons ensuite comment les skypatterns peuvent être utilisés pour extraire des règles d’association de haute qualité et non redondantes sans avoir à fixer de seuil, contrairement aux approches de l’état de l’art. Puis, nous allons plus loin que la Pareto optimalité pour représenter les préférences de l’utilisateur en introduisant une nouvelle approche basée sur l’intégrale de Choquet, une fonction d’aggrégation complexe qui permet de prendre en compte les interactions (positives ou négatives) entre les mesures utilisées pour évaluer la qualité d’un motif. Enfin, nous présentons une nouvelle librairie PPC écrite en Java pour modéliser et résoudre plusieurs problèmes de fouille de motifs.


Date de soutenance : 14-11-2023
Président du jury : Samir Loudni
Jury :
  • Christine SOLNON
  • Pierre SCHAUS
  • Patrick MEYER
  • Sébastien DESTERCKE
  • Arnaud SOULET
  • Nicolas BELDICEANU (co-encadrant)
  • Noureddine ARIBI (membre Invité)

  Rémi Garcia, Optimisation pour l’implémentation de circuits arithmétiques sans multiplication
Optimisation pour l’implémentation de circuits arithmétiques sans multiplication
Auteur : Rémi Garcia
Manuscript :


Mots-clés : Multiplication par constantesRecherche opérationnelleProgrammation linéaire en nombres entiers
Résumé

Les calculs embarqués sont omniprésents et ont besoin d’implémentations efficaces avec des contraintes fortes sur les ressources disponibles. De telles implémentations sont chronophages et requièrent une expertise combinée entre circuits électroniques et arithmétique des ordinateurs. Cette thèse étudie la conception automatique d’opérateurs de multiplication par plusieurs constantes (MCM), indispensables pour les calculs numériques sur Field- Programmable Gate Array. Derrière une interface simple à utiliser, l’outil proposé dans cette thèse se base sur la modélisation mathématique permettant une exploration automatique d’un grand espace de conception. Une des contributions majeures de cette thèse est l’estimation plus fine du coût matériel pour des opérateurs arithmétiques de base et une formulation sous forme d’un problème d’optimisation. Différentes techniques de recherche opérationnelle ont été explorées, incluant l’utilisation de plans coupants ou de contraintes de cassage de symétries. Ce travail propose différentes variantes de MCM : de l’utilisation de troncatures internes vérifiant une borne d’erreur de sortie du circuit, à l’intégration de couches de pipelines. Finalement, l’évaluation des méthodes proposée démontre des gains significatifs en consommation de ressources, notamment utilisé pour la conception de filtres numériques.


Date de soutenance : 25-10-2023
Président du jury : Laurent Grandvilliers
Jury :
  • Christine Solnon [Président]
  • Olivier Sentieys [Rapporteur]
  • Arnaud Tisserand [Rapporteur]
  • Oscar Gustafsson
  • Lilia Koutchoukali Zaourar

  Mohamed Irfanulla Mohamed Abdulla, Systèmes cobotiques temps réel sous contraintes d’énergie
Systèmes cobotiques temps réel sous contraintes d’énergie
Auteur : Mohamed Irfanulla Mohamed Abdulla
Manuscript :


Mots-clés : Cobots MobilesGestion de l’énergieOrdonnanceur temps-réelRécolte d’énergieContrôle d'accès aux ressourcesNoyau XenomaiROS2
Résumé

Les cobots mobiles sont appréciés dans l'industrie pour aider l’opérateur humain et améliorer la productivité. Nous avons contribué à leur conception en développant d’une part une nouvelle architecture matérielle pour plus de performance et d’autre part un système d'exploitation combinant Linux et Xenomai pour une exécution déterministe du firmware. Pour pallier aux défauts de ROS2, nous proposons l’intégration d’un d'ordonnancement temps réel conduit par la priorité, au sein de Xenomai, ce qui permet aussi de minimiser la latence. Notre approche respecte les normes de qualité ISO 25010. Au cœur de cette thèse se trouve aussi la problématique de l’autonomie énergétique du cobot que nous cherchons à solutionner grâce à la récupération de l’énergie environnementale. Pour ce faire, nous préconisons d’utiliser ED-H, un ordonnanceur de tâches optimal qui assure la neutralité énergétique chaque fois que possible tout en garantissant le respect des contraintes temporelles du cobot. Une contribution de cette thèse a donc été d’adapter l’ordonnanceur ED-H, initialement conçu pour des tâches indépendantes, à un ensemble de tâches dépendantes accédant à des ressources partagées en exclusion mutuelle. Une nouvelle condition d’ordonnançabilité a été proposée et la performance de ED-H a été évaluée en simulation avant son déploiement dans le noyau Xenomai. Cette preuve de concept nous a conduit à conclure que l’ordonnanceur non oisif EDF reste l’ordonnanceur de tâches temps réel à privilégier y compris sous contraintes énergétiques. Une autre contribution est de proposer l’ordonnanceur ED-H non pas au niveau des tâches logicielles mais des missions du cobot. Nous montrons comment ED-H, sensible à l’énergie, permet de planifier les missions pour gagner en autonomie énergétique. Enfin, nous avons créé une plateforme expérimentale, visant la conception d’un cobot de transport énergétiquement autonome par récupération d’énergie photovoltaïque et embarquant cette nouvelle architecture matérielle et logicielle.


Date de soutenance : 11-10-2023
Président du jury : Maryline Chetto
Jury :
  • Frank Singhoff [Président]
  • Patrick Bonnin [Rapporteur]
  • Ahmad Hably [Rapporteur]

  Côme Butin, Conception et réalisation d'une nouvelle prothèse de main myoélectrique accessible
Conception et réalisation d'une nouvelle prothèse de main myoélectrique accessible
Auteur : Côme Butin
Manuscript :


Mots-clés : Main prothétiqueCommande thermiqueCinématique anthropomorphiqueTransmission variableIrréversibilité
Résumé

L’objectif principal de cette thèseest de présenter une prothèse de main myoélectriqueaccessible qui combine des critèrestels que le prix abordable, la solidité, la fonctionnalitéet la performance. Cette nouvelleprothèse permet d’effectuer des prises latéraleset opposées. Tout d’abord, nous proposonsune méthode de placement des articulationsqui permet d’obtenir un résultatplus réaliste sur le plan anthropomorphique.De plus, nous avons développé et optimiséune solution de transmission interdigitale quipermet d’associer la flexion des doigts supérieursà celle du pouce. Une analyse détailléede la performance énergétique et thermiquede la prothèse est également présentée.Nous avons proposé une nouvelle stratégiede commande qui tire parti de l’irréversibilitéde la transmission de puissance et nousl’avons étudiée. Enfin, nous soulignons l’importanced’une transmission de puissance optimalesur le plan énergétique. Pour cela, nousdécrivons en détail la synthèse d’un nouveaumécanisme de réducteur à rapport variable,ainsi que la présentation d’un nouveau mécanismed’irréversibilité efficace. Enfin, nousavons évalué individuellement tous ces composantsde prothèse en mettant en place desprototypes expérimentaux qui démontrent leurutilité. L’intégration de ces composants dansune nouvelle prothèse est une perspective envisagéedans cette étude.


Date de soutenance : 28-09-2023
Président du jury : Damien Chablat
Jury :
  • Philippe Wenger [Président]
  • Mathieu Grossard [Rapporteur]
  • Nathanaël Jarrassé [Rapporteur]
  • Maud Marchal
  • Jean-Pierre Gazeau
  • David Gouaillier

  Mathieu Vavrille, Trouver des Solutions Diverses en Programmation par Contraintes avec des Approches Probabilistes
Trouver des Solutions Diverses en Programmation par Contraintes avec des Approches Probabilistes
Auteur : Mathieu Vavrille
Manuscript :


Mots-clés : ÉchantillonnageProgrammation par ContraintesApproche Probabiliste
Résumé

Dans cette thèse, je présente de nouvelles approches pour générer des solutions aléatoires ou diverses dans le cadre de la Programmation Par Contraintes (PPC). Utilisées comme outil d’aide à la décision, les solutions impactent les personnes : la planification d’employé·es, l’itinéraire des livreur·euses, les congés des soignant·es de garde. L’algorithme utilisé dans les solveurs de PPC est efficace, mais c’est un cadre rigide, qui renvoie des solutions basées sur des heuristiques de branchement qui peuvent être biaisées en faveur d’un espace de solution particulier. Les décideur·euses veulent aussi choisir entre plusieurs solutions, ces solutions doivent donc être diversifiées. Mon travail s’appuie sur des outils probabilistes. Le hasard est utilisé pour briser la rigidité du backtrack-search des solveurs de PPC et pour trouver des solutions dans un ordre différent à présenter à l’utilisateur·ice. Pour ce faire, j’ai conçu TABLESAMPLING, un échantillonneur travaillant dans le cadre de la PPC, qui bénéficie ainsi de toutes les améliorations des solveurs de PPC (temps d’exécution, ou nouvelles contraintes). Cependant, le caractère aléatoire n’est pas suffisant pour assurer la diversité. J’ai étudié et modifié des stratégies de recherche aléatoire pour générer des solutions diverses. La recherche peut ainsi être guidée vers des solutions dans des espaces intéressants


Date de soutenance : 14-09-2023
Président du jury : Charlotte Truchet
Jury :
  • Éric Monfroy [Président]
  • Claude-Guy Quimper [Rapporteur]
  • Özgür Akgün [Rapporteur]
  • Colin de La Higuera
  • Emmanuel Hebrard

  Wilmer Garzón-Alfonso, Flux de travail distribués sécurisés pour l’analyse des données biomédicales
Flux de travail distribués sécurisés pour l’analyse des données biomédicales
Auteur : Wilmer Garzón-Alfonso
Manuscript :


Mots-clés : Analyses biomédicales distribuéesCollaborations entièrement distribuéesLangage de spécification de flux de travailAnalyses multi-sitesAnalyses de flux de travail distribuées
Résumé

Ces dernières années, la quantité de données biomédicales collectées et stockées a considérablement augmenté. L’analyse de ces grandes quantités de données ne peut plus être effectuée par des individus ou des organisations uniques. Ainsi, la communauté scientifique crée des efforts de collaboration mondiaux pour étudier ces données. Cependant, les données biomédicales sont soumises à plusieurs restrictions légales et socio-économiques entravant les possibilités de collaboration en recherche. Dans cette thèse, nous étudions et montrons d’abord que les chercheurs ont besoin de nouveaux outils et techniques pour répondre aux restrictions et aux besoins des collaborations scientifiques mondiales sur les données biomédicales géo-distribuées. En particulier, nous identifions trois types de contraintes liées aux collaborations mondiales, à savoir les contraintes techniques,juridiques et socio-économiques. Nous étudions également l’état de l’art des outils actuels d’analyses biomédicales globales distribuées, y compris les outils utilisant des techniques d’apprentissage automatique, et montrons leurs limites. À partir de ces résultats, nous proposons des collaborations entièrement distribuées (FDC), qui sont des efforts de recherche qui exploitent des moyens pour exploiter et analyser de manière collaborative des informations biomédicales massives tout en respectant les restrictions légales et socio-économiques. Ici, nous étudions le concept, les propriétés et les fonctionnalités des FDC, ainsi que les exigences architecturales et les besoins en matière de sécurité et de confidentialité. Comme premier exemple de conception d’outils basés sur FDC, nous proposons une stratégie d’apprentissage automatique entièrement distribuée. La stratégie considère un algorithme de formation de forêt aléatoire où plusieurs sites géo-distribués, avec leurs propres données privées, calculent un modèle global en collaboration sans partager d’informations privées. L’algorithme proposé, appelé MuSiForest, s’améliore par rapport aux autres approches forestières multi-sites existantes en améliorant le temps de calcul et en réduisant la quantité de données partagées tout en ayant une précision d’apprentissage proche de celle des techniques forestières aléatoires centralisées. Enfin, nous étudions comment les systèmes de workflow ont été largement utilisés pour spécifier les analyses de données biomédicales, et nous montrons les limites actuelles de ces outils. Nous montrons comment ils offrent des moyens limités pour définir, déployer et exécuter des études multi-sites dans l’infrastructure distribuée d’aujourd’hui tout en respectant la propriété des données et les restrictions de confidentialité. Nous proposons ensuite FeDeRa, un langage pour spécifier, déployer et exécuter des workflows scientifiques multi-sites conformes à la FDC. Le langage est enrichi d’abstractions pour déployer l’analyse dans des infrastructures cloud géo-distribuées et d’abstractions pour définir des modèles de flux de travail complexes à travers les frontières multi-sites. FeDeRa prend en charge la programmation par flux de données et la concurrence déclarative de manière native. Nous présentons également l’implémentation d’un moteur d’exécution supportant l’exécution des workflows FeDeRa et des expérimentations déployées sur une infrastructure cloud.


Date de soutenance : 30-08-2023
Président du jury : Mario Südholt
Jury :
  • Françoise Baude [Président]
  • Eddy Caron [Rapporteur]
  • Jorge Duitama [Rapporteur]
  • Mauricio Solar

  Ismaïla Balogoun, Contributions à la théorie du contrôle des systèmes de dimension infinie soumis à des perturbations/incertitudes
Contributions à la théorie du contrôle des systèmes de dimension infinie soumis à des perturbations/incertitudes
Auteur : Ismaïla Balogoun
Manuscript :


Mots-clés : Contrôle par mode glisantStabilisationRégulation de sortieÉquations aux dérivées partiellesStabilité entrée-étatObservateur
Résumé

Dans cette thèse, nous étudions desproblèmes de stabilisation et de régulation de sortiepour des systèmes de dimension infinie soumisà des perturbations. Tout d’abord, nous considéronsle problème de la stabilisation d’un systèmedynamique abstrait linéaire de dimensions infiniesavec un opérateur de contrôle non borné et soumisà une perturbation située au même endroit que lecontrôle. Pour résoudre ce problème, nous suivonsune stratégie de contrôle par mode glissant. Dansun second temps, nous considérons le problèmede la stabilisation d’un système hyperbolique (uneéquation de transport et un système d’équationsde transport) contrôlé au bord et soumis à uneperturbation située au même endroit que le contrôle.L’objectif ici est de proposer pour ce cas particulierun contrôle qui exige moins pour ce quiest de la sortie. Pour résoudre ce problème, nousproposons un "active disturbance rejection control".Enfin, nous nous intéressons à la constructiond’une fonctionnelle de Lyapunov permettant deprouver la stabilité entrée−état et de resoudre unproblème de regulation de sortie d’une équation deKorteweg-de Vries.


Date de soutenance : 20-07-2023
Président du jury : Franck Plestan
Jury :
  • Christophe Prieur [Président]
  • Alexandre Seuret [Rapporteur]
  • Andrey Polyakov [Rapporteur]
  • Delphine Bresch-Pietri

  Antoine Allioux, Structures supérieures en théorie des types homotopiques
Structures supérieures en théorie des types homotopiques
Auteur : Antoine Allioux
Manuscript :


Mots-clés : Théorie des types homotopiquesAlgèbre supérieureThéorie des catégories supérieuresMonades polynomialesOpétopes
Résumé

La définition de structures algébriques sur des types arbitraires en théorie des types homotopiques (HoTT) s'est révélée hors de portée jusqu'à présent. Cela est dû au fait que les égalités entre éléments d'un type se comportent comme des homotopies. Les lois équationnelles des structures algébriques doivent donc être énoncées de manière cohérente. Cependant, en mathématiques ensemblistes, la présentation de ces données de cohérence se fait à l'aide de structures algébriques sur des ensembles, telles que les opérades ou les préfaisceaux, qui ne sont donc pas soumises à des conditions de cohérence supplémentaires. Reproduire cette approche en HoTT conduit à une situation de dépendance circulaire puisque ces structures doivent être définies de manière cohérente dès le départ. Dans cette thèse, nous brisons cette circularité en étendant la théorie des types d'un univers de monades polynomiales cartésiennes qui, de manière cruciale, satisfont leurs lois définitionnellement. Cette extension permet de présenter les structures supérieures sur des types sous forme de types opétopiques qui sont des collections infinies de cellules dont la géométrie est décrite par les opétopes. Les opétopes sont des formes géométriques introduites par Baez et Dolan afin de donner une définition de n-catégorie. Les constructeurs sous lesquels notre univers est clos nous permettent de définir, en particulier, la construction tranche de Baez-Dolan sur laquelle repose notre définition de type opétopique. Les types opétopiques nous permettent de définir des structures algébriques supérieures cohérentes sur des types, parmi lesquelles les infini-groupoïdes et les (infini, 1)-catégories. De manière cruciale, leur structure supérieure coïncide avec celle induite par leurs types d'identités. Nous établissons enfin quelques résultats attendus afin de motiver nos définitions.


Date de soutenance : 17-07-2023
Président du jury : Pierre-Louis Curien
Jury :
  • Pierre-Louis Curien [Directeur de thèse]
  • Eric Finster [Co-encadrant de thèse]
  • Matthieu Sozeau [Co-encadrant de thèse]
  • Marcelo Fiore [Rapporteur]
  • Samuel Mimram [Rapporteur]
  • Martín H. Escardó [Examinateur]
  • Nicolai Kraus [Examinateur]
  • François Métayer [Examinateur]
  • Paige R. North [Examinatrice]
  • Emily Riehl [Examinatrice]

  Thomas Richard de Latour, Formalisation et exploration partielle de problèmes de satisfaction de contraintes en conception préliminaire
Formalisation et exploration partielle de problèmes de satisfaction de contraintes en conception préliminaire
Auteur : Thomas Richard de Latour
Manuscript :


Mots-clés : Problèmes de Satisfaction de ContraintesModélisationConception préliminaireCSP
Résumé

Les décisions prises pendant la conception préliminaire de systèmes complexes comme la voiture électrique jouent un rôle crucial sur ses performances finales. La conception préliminaire repose sur une modélisation mathématique gros grains du système pour étudier la faisabilité des alternatives réalisables. La formalisation et la résolution de ces modèles sont des étapes critiques pour la prise de décision. La première partie de cette thèse propose une démarche progressive pour construire un modèle mathématique dans un contexte de conception. L’objectif est d’obtenir un modèle en adéquation avec le besoin initial et dont le concepteur maîtrise la capacité à aider la prise de décision. Pour résoudre les modèles obtenus, nous proposons de les considérer sous l’angle des Problèmes de Satisfaction de Contraintes (CSP) et d’explorer intelligemment leur espace de recherche dans une approche d’exploration partielle diversifiée. Il s’agit d’obtenir un échantillon de solutions bien réparties dans l’espace de recherche pour représenter fidèlement l’ensemble des alternatives de conception avec un nombre raisonnable de solutions. Le cadre algorithme développé repose sur le calcul ensembliste et le parcours d’un arbre de recherche avec des opérateurs de division, réduction et sélection. Les stratégies d’exploration introduites montrent des performances intéressantes vis-à-vis de l’existant. Ce cadre est ensuite appliqué à des cas d’application en conception comme la batterie de véhicule électrique pour mettre en évidence ses intérêts et ses limites comme outil d’aide à la décision.


Date de soutenance : 11-07-2023
Président du jury : Laurent Grandvilliers
Jury :
  • Pierre-Alain Yvars [Président]
  • Elise Vareilles [Rapporteur]
  • Bertrand Neveu [Rapporteur]

  Marceau Métillon, Modélisation, Commande et Analyse de Performance de Cobots Parallèles à Câbles
Modélisation, Commande et Analyse de Performance de Cobots Parallèles à Câbles
Auteur : Marceau Métillon
Manuscript :


Mots-clés : Cobots parallèles à câblesInteractions physiques humain-robotContrôle en impédanceAnalyse des performances
Résumé

Cette thèse de doctorat porte sur la modélisation, la commande et l’analyse des performances de Robots Parallèles à Câbles(RPC) collaboratifs.Une modélisation élasto-géométrique des éléments d’actionnement des RPC est proposée en vue de l’amélioration de leurs performances de positionnement. Différents modèles élasto-géométriques inverses sont analysés en simulation et testé expérimentalement puis font l’objet d’une analyse de sensibilité.Ensuite, des stratégies de contrôle permettant aux RPC d’être utilisés par des opérateurs de manière physique sont proposées.Ces stratégies sont basées sur la commande en impédance et permettent la comanipulation du RPC. Un contrôleur hybride assurant la réalisation de trajectoires et la comanipulation est présenté et approuvé expérimentalement.Enfin, un appareil de sécurité pour la détection de proximité basé sur le principe du couplage capacitif est adapté aux RPC et testé.Finalement, des expériences utilisateurs ont été menés pour juger des performances des stratégies proposées. Trois expériences menées avec des participants volontaires permettent d’évaluer la variation de la performance et de comprendre le comportement physique de l’utilisateur au cours d’interactions physiques humain-RPC.


Date de soutenance : 30-06-2023
Président du jury : Stéphane Caro
Jury :
  • Philippe Cardou [Président]
  • Mohamed Amine Laribi [Rapporteur]
  • Jean-Pierre Merlet [Rapporteur]
  • Christine Chevallereau
  • Marc Gouttefarde

  Mathieu Riand, Reconnaissance d’actions à partir d’un faible nombre de vidéos 2D + profondeur : approche par construction de graphes de scène et apprentissage auto-supervisé
Reconnaissance d’actions à partir d’un faible nombre de vidéos 2D + profondeur : approche par construction de graphes de scène et apprentissage auto-supervisé
Auteur : Mathieu Riand
Manuscript :


Mots-clés : Reconnaissance d’actionsGraphes de scèneApprentissage auto-superviséGNN Graph Neural Network
Résumé

L’apprentissage par démonstration peut permettre de rendre la robotique plus accessible en ayant simplement à réaliser une tâche devant un robot pour que celui-ci la reproduise ; cependant, il peut être difficile d’apprendre des tâches complexes depuis des démonstrations brutes. Une manière de simplifier ce processus est de séparer les tâches en actions simples que le robot pourra apprendre indépendamment. Dans cette thèse, nous proposons donc d’extraire les actions élémentaires effectuées par des humains dans des vidéos ; pour cela, nous représentons les scènes sous la forme de graphes symboliques dans lesquels chaque noeud est un objet de la démonstration, et nous les classifions grâce à un GNN (Graph Neural Network). Nous explorons plusieurs stratégies de conception des graphes et montrons qu’il est possible d’améliorer la qualité de la reconnaissance d’actions en choisissant la bonne représentation. Puisque les démonstrations sont rarement annotées, nous proposons également des techniques d’apprentissage auto-supervisé appliquées aux graphes permettant de faire usage de données non labellisées pour augmenter encore les performances de notre modèle. Enfin, nous enregistrons 760 démonstrations et récoltons l’attention humaine sur une partie de ces vidéos afin de la comparer à l’attention de notre GNN.


Date de soutenance : 23-06-2023
Président du jury : Patrick Le Callet
Jury :
  • Alexandre Benoît [Président]
  • Benoît Furet
  • Alice Caplier
  • Kevin Bailly

  Yassine El Manyari, Une approche modulaire pour l’apprentissage par imitation générique à l’aide d’une représentation spatio-temporelle des démonstrations basée sur les graphes : application à l’apprentissage robotique
Une approche modulaire pour l’apprentissage par imitation générique à l’aide d’une représentation spatio-temporelle des démonstrations basée sur les graphes : application à l’apprentissage robotique
Auteur : Yassine El Manyari
Manuscript :


Mots-clés : Apprentissage par ImitationImitation par ObservationApprentissage par RenforcementRéseaux Neuronaux GraphiquesModélisation Séquentielle
Résumé

L’apprentissage par renforcement et l’apprentissage par imitation permettent aux robots d’apprendre à effectuer des tâches de manière autonome, sans avoir besoin d’instructions explicites. Cette thèse examine les deux méthodes et les intègre dans un cadre modulaire et générique pour résoudre le problème d’apprentissage par imitation à partir d’observations. L’approche est mise en œuvre en deux étapes, en commençant par apprendre un modèle de représentation qui capture les caractéristiques spatiales et temporelles des démonstrations observées, suivi de l’application d’un algorithme RL prêt à l’emploi avec une fonction de récompense générique pour apprendre la politique d’imitation. Les résultats expérimentaux indiquent que la méthode proposée surpasse les méthodes de pointe et présente des capacités de généralisation prometteuses pour une gamme de tâches de manipulation, dépassant les méthodes génératives dans la plupart des cas.


Date de soutenance : 22-06-2023
Président du jury : Patrick Le Callet
Jury :
  • David Filliat [Président]
  • Olivier Bernard Henri Buffet [Rapporteur]
  • Alain Dutech [Rapporteur]
  • Mehdi Khamassi
  • Sylvain Lamprier
  • Silvia Rossi

  Haixin Sun, Détection et suivi d’objets en mouvement à l’aide d’une vision hybride basée sur les événements et sur les images pour la conduite autonome
Détection et suivi d’objets en mouvement à l’aide d’une vision hybride basée sur les événements et sur les images pour la conduite autonome
Auteur : Haixin Sun
Manuscript :


Mots-clés : Caméra basée sur les événementsFlux optiqueDétection d’objets en mouvementSuivi d’objets
Résumé

La caméra basée sur lesévénements est un capteur bioinspiré qui diffèredes caméras à images conventionnelles : Aulieu de saisir des images à une fréquence fixe,elles surveillent de manière asynchrone leschangements de luminosité par pixel etproduisent un flux de données d'événementscontenant l'heure, le lieu et le signe deschangements de luminosité. Les camérasévénementielles offrent des propriétésintéressantes par rapport aux camérastraditionnelles : haute résolution temporelle,gamme dynamique élevée et faibleconsommation d'énergie. Par conséquent, lescaméras événementielles ont un énormepotentiel pour la vision par ordinateur dans desscénarios difficiles pour les camérastraditionnelles, tels que le mouvement rapide etla gamme dynamique élevée. Cette thèse aétudié la détection et le suivi d'objets avec lacaméra événementielle en se basant sur unmodèle et sur l'apprentissage profond. Lastratégie de fuison avec la caméra d'image estproposée puisque la caméra d'image estégalement nécessaire pour fournir desinformations sur l'apparence. Les algorithmesde perception proposés comprennent le fluxoptique, la détection d'objets et la segmentationdu mouvement. Des tests et des analyses ontété effectués pour prouver la faisabilité et lafiabilité des algorithmes de perceptionproposés.


Date de soutenance : 15-06-2023
Président du jury : Vincent Frémont
Jury :
  • Myriam Servières [Président]
  • Pascal Vasseur [Rapporteur]
  • Rémi Boutteau [Rapporteur]
  • Julien Moreau

  Chadia Ed-Driouch, Dialogue humain machine pour l'aide à la décision médicale
Dialogue humain machine pour l'aide à la décision médicale
Auteur : Chadia Ed-Driouch
Manuscript :


Mots-clés : Intelligence hybrideSystème d'aide à la décision cliniqueCollaboration Humain-AlgorithmeSclérose en plaques
Résumé

Grâce aux progrès scientifiques et technologiques, la Médecine de Précision (MP) est désormais prometteuse pour la personnalisation de la décision médicale. L'objectif est de fournir des mesures spécifiques pour une prise en charge individualisée du patient. Les solutions développées à cette fin sont nombreuses, cependant, leur adoption dans les services de santé est limitée par des enjeux liés en particulier aux données et aux méthodes sous-jacentes. Cette thèse s'intéresse aux mécanismes du dialogue humain-machine à travers la visualisation et l'interaction avec les données et les algorithmes pour fournir des solutions de MP raisonnables et compréhensibles par l'humain. En collaboration avec des neurologues, nous avons conçu et développé un système d'aide à la décision clinique appelé MS-Vista, fondé sur les principes de la MP. MS-Vista offre une interface humain-machine d'interaction avec les données permettant de contextualiser les patients atteints de sclérose en plaques. Il permet d'examiner la qualité et la quantité des données. Il fournit également des visuels de projection de données illustrant les avantages potentiels de chaque option thérapeutique. Il s’agit d’aider à la personnalisation de la décision et à la communication médecin-patient. Les retours positifs fournis par les neurologues, notamment du fait que MS-Vista intègre leur raisonnement, nous a conduit par la suite à concevoir une approche hybride de prédiction basée sur la collaboration humain-algorithme. En impliquant les médecins dans le processus d'apprentissage, cette approche permet d'améliorer la performance du modèle de prédiction en combinant l'intelligence humaine et artificielle.


Date de soutenance : 22-05-2023
Président du jury : Franck Mars
Jury :
  • Gilles Edan [Président]
  • Céline Pierre Louapre [Rapporteur]
  • Isabelle Pecci [Rapporteur]

  Dmitrii Popov, Modélisation des interactions physiques entre un humain et un robot avec élasticité adaptative
Modélisation des interactions physiques entre un humain et un robot avec élasticité adaptative
Auteur : Dmitrii Popov
Manuscript :


Mots-clés : Interaction physique homme-robotCollaboration homme-robotIdentification des paramètres d’interactionRésolution de singularitéContrôle d’interaction adaptatif
Résumé

La thèse porte sur la modélisation des interactions physiques entre un humain et un robot, ce qui est extrêmement important pour la conception et le développement de cellules de travail collaboratives modernes pour de nouvelles applications industrielles. Il se concentre sur le développement de techniques d’identification des interactions afin d’améliorer la sécurité des personnes et les performances des cellules de travail homme-robot. Une attention particulière est accordée aux problèmes de précision causés par les données de mesures bruitées et l’identification des paramètres d’interaction dans des cas singuliers, qui peuvent survenir lors de l’interaction physique en raison d’informations de mesures limitées. Il présente de nouvelles techniques pour calculer la force d’interaction et son point d’application en utilisant uniquement les données de mesure obtenues à partir des capteurs de couple de l’articulation interne du robot. De plus, le contrôleur de gestion d’interaction adaptative est développé, qui intègre l’identification d’interaction afin d’assurer la sécurité humaine en changeant le mode de comportement du robot. La validité des approches développées et leur efficacité ont été confirmées par une étude expérimentale impliquant une collaboration entre un opérateur et le robot KUKA LBR iiwa 14.


Date de soutenance : 17-05-2023
Président du jury : Anatol Pashkevich
Jury :
  • Abderrahmane Kheddar [Président]
  • Andrea Cherubini [Rapporteur]
  • Mohamed Amine Laribi [Rapporteur]
  • Damien Chablat
  • Nathalie Smith-Guérin

  Puviyarasu Subramaniam Anbuchezhian, Un cadre sémantique multi-vues pour le "Système de production cyber-physique" pour soutenir le cycle de vie en utilisant l'approche d'ingénierie système
Un cadre sémantique multi-vues pour le "Système de production cyber-physique" pour soutenir le cycle de vie en utilisant l'approche d'ingénierie système
Auteur : Puviyarasu Subramaniam Anbuchezhian
Manuscript :


Mots-clés : Système de production cyber-physique CPPSIntégration humain-CPPSL'approche d'ingénierie systèmeSémantiqueLS2N- Projet de Plateforme
Résumé

Les systèmes cyber-physiques sont actuellement proposés comme une réponse à cette révolution industrielle 4.0. Au fil des ans, différents chercheurs ont utilisé pour désigner l'intégration de l'aspect de la production dans le CPS, se projetant comme système de production cyber-physique (CPPS). La notion de CPPS a fait l'objet d'une attention croissante au cours des dernières années dans les domaines de la production. Bien que la notion de CPPS ait été adoptée par de nombreux chercheurs, il y a un manque de définition unifiée et de compréhension commune du concept. Malgré la notion de CPPS encore balbutiante, l'hétérogénéité complexe, les entités réticulantes, la relation de dépendance entre le produit et le système de production, les entités imbriquées impliquées, augmentent rapidement. Il est entravé par un manque de compréhension commune du concept CPPS (c'est-à-dire quelles sont les entités impliquées dans le cycle de vie, quel est le phénomène d'interactions homme-CPPS (HCPPS). comment les humains perçoivent et réagissent aux réponses d'interaction de la machine (aspects émotionnels et cognitifs). En raison d'une telle limitation et d'une norme manquante, son évolution et sa réutilisabilité dans le domaine constituent un défi majeur. Il faut un cadre pour relever ces défis. Cette thèse vise à fournir une prémisse à la notion de CPPS en proposant un formalisme indépendant du domaine, suivi d'un cadre sémantique modulaire. Le framework proposé est réutilisé dans un contexte applicatif réel et différent dans le projet LS2N Platform. Le travail de thèse sert de base sémantique à la notion de CPPS. Il prend en charge l'évolution du CPPS et l'adaptation à de multiples objectifs, notamment le processus SE, la littérature, le réseau d'acteurs et d'autres aspects du paradigme. Le travail de thèse est soutenu par le projet de plateforme du laboratoire des sciences du numérique de Nantes (LS2N)-CPPS.


Date de soutenance : 29-03-2023
Président du jury : catherine da cunha
Jury :
  • Mario LEZOCHE
  • Christophe MERLO
  • Nasser MEBARKI
  • Catherine DA CUNHA
  • Surenthar KANNADHASAN

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