Projet : BIP - bip

<body bgcolor="#FFFFFF" text="#000000" link="#9944EE" vlink= "#0000FF" alink="#00FF00"> <h2><a name="SECTION00032000000000000000" id= "SECTION00032000000000000000">ContrÔle/commande de systèmes robotiques complexes</a></h2>  <a name= "BIP_fondements_Controlecommandedesystemesrobotiquescomplexes" id= "BIP_fondements_Controlecommandedesystemesrobotiquescomplexes"></a> <p><strong>Mots clés :</strong> <i>architecture de contrÔle, contrÔle/commande, système embarqué, programmation synchrone, vérification formelle, environnement de programmation, temps-réel, système hybride .</i></p> <p>Un des problèmes principaux de la programmation des systèmes robotiques est d'aborder dans un cadre cohérent la description de l'évolution dynamique des deux composantes - continue et discrète - de ces systèmes hybrides. Ceci nécessite d'intégrer différents formalismes, trop souvent spécialisés dans un domaine précis et déconnectés les uns des autres. Ainsi, l'étude des <em>architectures de contrÔle</em> est primordiale pour développer concepts et méthodes permettant de gérer la complexité de la spécification et de l'analyse de la globalité du système.</p> <p>Un contrÔleur de robots doit être capable de traiter une grande diversité d'actions, allant par exemple de la commande d'une cellule flexible d'assemblage en milieu industriel au contrÔle d'un véhicule autonome opérant en milieu hostile. La diversité des applications potentielles en robotique et le désir de mettre en oeuvre des algorithmes de commande sophistiqués impliquent une ouverture du système de programmation. D'un point de vue industriel, les contrÔleurs actuels restent le plus souvent des machines fermées, dotées d'un langage limité ne permettant pas d'exécuter des actions complexes telles que des commandes référencées capteurs. Outre leurs limitations fonctionnelles, ils ne permettent pas de traiter correctement les aspects temps-réel sous-jacents à toute application robotique, même simple.</p> <p>L'architecture de contrÔle O<small>RCCAD</small> [<a href= "bibliographie_Toc.html#orccad" target= "contents">7</a>,<a href="bibliographie_ct.html#IJRR" target= "contents">1</a>] propose actuellement deux niveaux : le niveau <em>fonctionnel</em>, où les aspects commande en temps discrétisé sont prépondérants, et le niveau <em>contrÔle</em>, qui gère principalement les aspects réactifs. Au niveau fonctionnel, les actions élémentaires sont définies sous forme de Tâches-Robot : ce concept clé spécifie dans la même entité une partie algorithmique (loi de commande) et une partie logique réactive. Il s'agit d'un objet informatique hybride, à l'interface des aspects temps continu et discret. En l'absence de modèles unifiés et opérationnels des systèmes hybrides, cette approche permet de cantonner l'interface temps continu/discret dans la coquille réactive de la Tâche-Robot. Les actions élémentaires exécutées par le robot sont réalisées par l'exécution périodique d'une loi de commande en boucle fermée dont la conception repose sur les techniques de l'automatique classique comme la spécification par fonction de tâches [<a href="bibliographie_Toc.html#samson91a" target= "contents">6</a>], la commande référencée capteurs ou encore la commande instationnaire pour systèmes non holonomes. Cette loi de commande est <em>encapsulée</em> dans un comportement logique réactif rythmant son exécution à l'aide de signaux typés (pré-conditions, exceptions et post-conditions) constituant sa <em>vue externe</em>. Ce comportement réactif est codé à l'aide du langage synchrone E<small>STEREL</small>, ce qui permet de bénéficier des outils de vérification formelle associés F<small>C2TOOLS</small>/A<small>TG</small>.</p> <p>Au niveau contrÔle, les actions complexes sont spécifiées sous la forme de Procédures-Robot par composition structurée et hiérarchique de Tâches-Robot, manipulées par l'intermédiaire de leur vue externe, et de traitements d'exceptions. À la différence de ces dernières, les Procédures-Robot n'ont pas de partie commande, autre que celle des Tâches-Robot qui les composent. Nous pouvons ainsi définir de faÇon cohérente et dans un même formalisme des actions de complexité croissante, gérant les modes nominaux d'une mission robotique complexe ainsi que les modes dégradés dépendant des exceptions spécifiées et du contexte d'exécution. Tous ces aspects logiques sont également spécifiés en E<small>STEREL</small> du niveau le plus haut (mission) jusqu'aux appels système gérant l'exécution des lois de commande, un soin tout particulier étant pris quant à la gestion des transitions entre commandes successives. Ceci nous permet d'effectuer <em>a posteriori</em> une vérification formelle des programmes produits à un grand niveau de détail.</p> <p>La formalisation des structures manipulées présente de nombreux avantages permettant la définition d'un environnement de programmation cohérent et convivial [<a href="bibliographie_Toc.html#incom" target= "contents">SKE98</a>] :</p> <ul> <li>ceci permet de concevoir des interfaces de programmation adaptées à chaque type d'utilisateur du système. Ainsi, l'automaticien chargé du développement d'une Tâche-Robot peut en coder le comportement réactif sans rien connaître à E<small>STEREL</small>, la vue externe de la Tâche-Robot étant générée automatiquement à partir d'une fenêtre graphique. D'autre part, le concepteur de mission ne code que la partie spécifique de son application, l'essentiel du code source, et en particulier celui permettant la connexion avec le système d'exploitation sous-jacent, étant généré automatiquement de faÇon totalement transparente ;</li> <li>l'identification de certaines propriétés génériques d'un système ainsi structuré (vivacité, sûreté) permet d'automatiser partiellement la génération de critères abstraits facilitant ainsi l'utilisation des outils de vérification ;</li> <li>le code temps-réel téléchargeable est automatiquement généré à partir des spécifications de haut niveau.</li> </ul> <p>De nombreux travaux restent cependant à réaliser et certains problèmes restent ouverts :</p> <ul> <li>en tant qu'elle vise la conception de systèmes embarqués temps-réel à sûreté critique, la génération de code doit être améliorée afin de produire du code réparti optimisé et tolérant aux pannes ;</li> <li>l'utilisation des méthodes de vérification formelle actuelles reste difficile pour un non spécialiste du domaine, notamment en ce qui concerne le diagnostic et l'interprétation des résultats. Nous nous heurtons également rapidement à des problèmes de taille d'automates à vérifier, même si la méthodologie d'O<small>RCCAD</small> permet d'effectuer une spécification et des vérifications incrémentales. La prise en compte de contraintes temporelles n'est pas actuellement réalisée ;</li> <li>enfin, il manque au niveau supérieur une couche <em>décisionnelle</em> de type planification réactive, permettant une éventuelle reprogrammation partielle de la mission en cas de défaillance non spécifiée ou encore de spécifier des missions complexes de faÇon conviviale en évitant des fautes ou oublis de spécification. Nous fondons de sérieux espoirs sur l'utilisation de techniques de synthèse de contrÔleurs pour systèmes à événements discrets, initialisés par Ramadge et Wonham [<a href= "bibliographie_Toc.html#RW" target="contents">RW87</a>], pour construire ce niveau sur un formalisme mathématique solide.</li> </ul> <p>Nous proposons ainsi, dans un environnement cohérent, un ensemble d'outils intégrés pour le support de ces méthodes et concepts bien formalisés; ils permettent de programmer, de valider et de générer du code, de manière transparente pour l'utilisateur.</p> </body>