Centre de robotique (CAOR)

Formation
Recherche
Faits marquants

Formation

Le Centre a une très forte activité d'enseignement au sein de l'École.

Au niveau du cycle Ingénieurs civils :

la responsabilité de la macro-option MAREVA et de l'option Systèmes de production et logistique en 2e et 3e année (ce qui constitue un effectif d'une cinquantaine d'élèves sur les deux années) ;
l'organisation de cinq enseignements spécialisés : Réalité virtuelle, Systèmes de production et logistique, Chaîne logistique globale, Acoustique, Informatique et MusiquE, Apprentissage artificiel ;
la participation à l'enseignement de tronc commun en électronique ;
l'enseignement de Mécatronique , très orienté vers les nouvelles technologies, avec la réalisation de projets innovants ;
la co-responsabilité du département Mathématiques et systèmes , notamment sur les aspects d'enseignement.

Au niveau des cycles Master:

la participation au Master RV&SI ( Réalité virtuelle et systèmes intelligents ) ;
la responsabilité du Mastère spécialisé «MISL» acronyme de Management industriel et systèmes logistiques .

Autres formations:

la participation à l'enseignement à ISUPFERE et en formation continue.

Au niveau du cycle de formation des Corps techniques de l'État:

l'introduction aux Systèmes de production et logistique pour les ingénieurs élèves.

Recherche

Les recherches conduites au Centre de robotique visent à augmenter l'autonomie et les performances des systèmes robotiques, à améliorer la relation homme machine et à optimiser les systèmes logistiques.
L'autonomie des robots est tributaire des fonctions de perception et de modélisation de l'environnement. C'est pourquoi une part importante de nos efforts de recherche porte sur la perception visuelle, la fusion multi-sensorielle, l'analyse et la compréhension de scènes, la reconstruction géométrique et photométrique du réel... Ces thèmes de recherche sont déclinés dans des contextes applicatifs de robotique mobile et, plus particulièrement, pour l'assistance à la conduite automobile à des fins de confort, de sécurité et d'efficacité.

Architecture logicielle et systèmes embarqués

Mohamad Othman Abdallah, Sébastien Boisgérault, Arnaud de La Fortelle, Claude Laurgeau , Sébastien Moutault , Aurélien Noce, Bruno Steux .
Le Centre de robotique conçoit des plate-formes logicielles répondant aux nouveaux besoins des systèmes robotiques mobiles: développement d'applications embarquées temps-réel et interactives, demande croissante de systèmes communicants et distribués, exigence accrue de robustesse et de sécurité des applications, prise en compte des standards et processus de conception du secteur automobile. Nos travaux s'articulent notamment autour de deux projets du pôle de compétitivité System@tic, labellisés par Numatech Automotive:

AROS (Automotive Robust Operating Services) est un nouveau projet initié par le Centre de robotique. Son objectif est la conception d'un exécutif temps réel capable de gérer des applications distribuées de manière transparente, tout en garantissant leur cohérence temporelle. Par ailleurs, AROS permet de gérer des systèmes dynamiques, dans lesquels on peut insérer, connecter, déconnecter, détruire des composants à chaud, sans jamais avoir à redémarrer l'ensemble. Les cibles visées par AROS vont de petits processeurs 32bits sans système d'exploitation –pour des applications de contrôle embarqué– jusqu'à des serveurs multiprocesseurs sous Linux ou Windows. AROS est financé par l' ANR dans le cadre du programme PREDIT;
À l'issue de la première année du contrat, un ensemble de spécifications ont été rédigées, sous la direction de VALEO, et une première implémentation prototype d'AROS a été implémentée et testée sur le Rover du Centre;
EDONA (Environnement de Développement aux Normes de l'Automobile). Le Centre de Robotique réalise dans ce projet le cœur d'une plate-forme de conception et d'exécution d'interfaces homme-machine embarquées. En 2008, le Centre a notamment conçu un modèle standard de description des interfaces homme-machine, adapté aussi bien aux besoins actuels de l'automobile qu'à la conception d'interfaces innovantes.

Perception et compréhension de situations en temps réel par fusion multi-sensorielle, et techniques
d'apprentissage

Alexandre Bargeton , Amaury Breheret , Raoul de Charrette de la Contrie, Oussama El-Hamzaoui, Arnaud de La Fortelle, Gwennaël Gâté, Omar Hamdoun , Claude Laurgeau , Fabien Moutarde , Fawzi Nashashibi , Bogdan Stanciulescu , Bruno Steux , Fatin Zaklouta

La détection d'objets par fusion multi-capteurs

L'implication du Centre dans divers projets des pôles de compétitivité (notamment NUM@TEC du Pôle System@tic) a permis de mettre l'accent sur la fusion multi-sensorielle pour la détection et la reconnaissance des obstacles et éléments routiers. Une attention particulière a été accordée à la détection des piétons dans le cadre du projet LOVe (Logiciels d'observation des vulnérables). Les collaborations avec les grands groupes industriels (notamment VALEO et RENAULT ) se sont poursuivies et ont permis d'assoir le savoir-faire reconnu de l'équipe dans le domaine des assistances à la conduite. Les travaux réalisés sont ainsi passés du niveau recherche à un stade d'intégration et d'optimisation industrielle.

S'agissant de la technologie du CAOR pour la reconnaissance visuelle de catégories d'objets, de nouveaux types de classifieurs-discriminants, en particulier certains utilisant les « keypoints », ont été expérimentés et testés avec succès.

Détection et reconnaissance visuelle de signalisation routière verticale
Détection et reconnaissance de feux tricolores dans des environnements urbains denses par vision embarquée.	Le but est de permettre au conducteur de connaître à tout moment la vitesse limite courante, y compris pour les limitations temporaires non répertoriées dans les Systèmes d'information géographique (SIG) des navigateurs par GPS. La collaboration avec VALEO s'est poursuivie sur ce sujet en 2008, avec des travaux pour intégrer le système général de reconnaissance de panneaux développé par Daimler. Enfin, la fusion des informations issues de la cartographie numérique embaquée avec celles issues des traitements d'images a été améliorée et validée grâce à des campagnes expérimentales menées conjointement avec VALEO. Par ailleurs, de nouveaux travaux en traitement d'images ont permis de développer un système de détection et de reconnaissance de feux tricolores, suspendus ou à support rigide, dans des milieux urbains denses.
L'approche est fondée sur la combinaison de plusieurs techniques de traitement d'images et sur une approche originale basée sur l'appariement de « templates dynamiques » développés à cet effet. Cette action fait partie d'une activité croissante dédiée à la surveillance et à la gestion intelligente des carrefours, configurations à fort intérêt selon les études accidentologiques publiées récemment.

Vers la vidéosurveillance intelligente...
Exemple de ré-identification d'une personne entre 2 caméras distinctes, en utilisant un apprentissage sur les « keypoints ».	En 2008 a démarré le projet KIVAOU, financé par l' ANR et coordonné par SAGEM Sécurité, portant notamment sur la reconstitution a posteriori de trajectoires de personnes à partir de plusieurs caméras. Ceci vient renforcer ce nouveau thème de recherche ouvert en 2007, via le projet amont VIGILE, financé par l'Institut CARNOT Mines, et mené en partenariat avec le Centre de morphologie mathématique, pour transposer notre expérience en perception embarquée et en fusion multi-capteurs dans le domaine de la surveillance pour la sécurité des biens et des personnes.
Dans ces deux contextes, des premiers résultats prometteurs ont été obtenus pour la ré-identification d'une même personne dans des champs disjoints de caméra, à partir d'une « signature caractéristique » utilisant les « keypoints » développés dans le cadre de la librairie Camellia. Des travaux ont aussi été menés sur la calibration approximative a posteriori, et la re-synchronisation semi- automatique entre vidéos.

Interfaçage en réalité virtuelle et en réalité augmentée

Rasul Fesharaki, Philippe Fuchs , Laure Leroy , Alexis Paljic , Vincent Meyrueis , Nan Wang , Xue Cao

L'expertise en réalité virtuelle du Centre porte sur l'interfaçage comportemental de l'homme dans un monde virtuel. Au sein du pôle System@tic, projet IHS10, en partenariat avec les équipementiers et les constructeurs d'automobiles, nos recherches se poursuivent dans deux directions :

l'amélioration de la vision stéréoscopique par traitement des fréquences spatiales et la validation de correspondance entre un objet réel et sa modélisation en environnement virtuel. Les traitements d'images se font maintenant en temps réel en exploitant les shaders des cartes géraphiques. Cela va nous permettre de réaliser des tests psychophysiques pour valider nos recherches. Un partenariat de recherche avec l'IMASSA (service de santé des armées) vient de débuter sur la vision en relief;
la modification de conception de produits directement en immersion. Avec, entre autres, la possibilité de modifier la forme de surfaces en temps réel par une interaction manuelle et naturelle.

Traitement des fréquences spatiales d'images stéréoscopiques en fonction de la disparité des objets.

Dans le cadre de la plate-forme PERF-RV2, nous continuons nos actions de dissémination en dirigeant un nouveau volume du Traité de la Réalité Virtuelle, consacré aux humanoïdes virtuels.

Avec Dassault Systèmes et les industriels du secteur automobile, nous débutons des recherches sur la modélisation et la visualisation de processus physiques en temps réel dans un véhicule.

En collaboration avec le laboratoire P&I de l'ENSAM ParisTech , nous dirigeons une thèse sur l'exploitation de la réalité virtuelle pour des thérapies en environnement virtuel, dans le but d'évaluer et de rééduquer des patients.

Systèmes de contrôle avancés

Brigitte d'Andréa-Novel, Clément Boussard , SungWoo Choi, Jean-Michel Coron, Michel Fliess, Hugues Mounier, Jorge Villagra

Estimation et contrôle automatique des véhicules

La collaboration sur le thème du contrôle automatique de véhicule se poursuit avec VALEO. Un algorithme de contrôle longitudinal, de type ACC ou Stop&Go, utilisant des estimateurs algébriques développés en liaison avec le projet ALIEN de l' INRIA (Algèbre pour l'identification et l'estimation numérique) pour le filtrage et l'estimation des dérivées temporelles de certains signaux (notamment l'inter-distance) a été validé sur des véhicules électriques de type CyCab, développés à l' INRIA par le projet IMARA. L'intégration du module est en cours chez VALEO. Notons, que des applications de type Stop&Go en peloton font l'objet de recherches actives dans des projets nationaux et européens. Nous avons participé au projet CRISTAL (Cellule de recherche industrielle en systèmes de transports automatisés légers) en réalisant une démonstration d'accrochage immatériel de véhicule lors des journées organisées par le pôle « Véhicule du futur » et la Communauté d'agglomération du Pays de Montbéliard (CAPM), en novembre 2008, à Montbéliard. Lors de ces journées, les participants ont fondé le club Move on CityMobil, club européen des villes engagées dans l'évolution des modes de déplacements urbains.

Par ailleurs, sur les aspects d'estimation, une première étude a été réalisée pour PSA-Peugeot-Citroën sur le problème de l'estimation de l'état de charge des batteries. Enfin, toujours dans le cadre de la collaboration avec VALEO, des premiers résultats ont été obtenus sur le problème de l'automatisation à basse vitesse, et notamment, le cas du parking en créneau, épi ou bataille.

Contrôle en dimension infinie

Dans le cas de systèmes non linéaires hyperboliques monodimensionnels, l'analyse de stabilité par fonctions de Lyapunov strictes que nous avions menée nous a permis de prendre en compte des termes perturbateurs, tels que la pente et le frottement, dans le contrôle de réseaux de canaux d'irrigation. Les bouclages à la frontière que nous avons élaborés ont été testés grandeur nature sur une portion de la rivière Sambre en Belgique (projet soutenu par le ministère de l'équipement wallon).

Quant au projet ANR CONSONNES (Contrôle de sons instrumentaux naturels et synthétiques), le prototype de la flûte à coulisse a été mené à son terme et va servir, entre autres, de banc d'essai pour valider notre algorithme de contrôle élaboré à partir d'un modèle assez fin de l'embouchure, réalisé avec l'aide du Laboratoire d'acoustique musicale de Paris VI. Par ailleurs, le problème de l'observation de l'état d'un modèle acoustique simplifié d'un instrument de type trompette a été résolu par la construction d'un observateur asymptotique. Ce système, couplant un résonateur et une embouchure, a pu être modélisé sous la forme d'un système non linéaire neutre à retard. L'analyse de stabilité locale a été réalisée par le biais d'une fonction de Lyapunov, ce qui va permettre de poursuivre l'étude du problème de l'inversion, dans le but final d'estimer les paramètres de jeu du musicien à partir des mesures de pression effectuées sur l'instrument.

Systèmes de production et de logistique (SPL)

Éric Ballot (en collaboration avec le CGS), Loïc Delaitre , Frédéric Fontane , Hugues Molet

Les activités de recherche liées aux modèles de production continuent à s'orienter principalement vers la gestion de la chaîne logistique globale.

L'étude avec le Groupement Galia se poursuit sur le déploiement des TIC au niveau des fournisseurs du secteur automobile. L'étude est rentrée dans la phase des projets pilotes dans les régions partenaires.
Une nouvelle étude a été engagée avec la société Disneyland Resort sur des problématiques de stratégie d'entreposage.

De même des programmes de formation dits intra ont été développés pour le compte d'Arcelor Mittal. L'objectif est de permettre à des cadres d'intégrer dans leurs démarches opérationnelles les problématiques de «supply chain management ».

Par ailleurs, des programmes de formation continue ont été développés en synergie avec le Mastère spécialisé MISL. Enfin une chaire en logistique est actuellement en projet avec l'ENSAM et HEC.

La mission industrielle en Chine de l'option SPL a permis de bien identifier les caractéristiques d'implantation des entreprises étrangères. L'équipe SPL coordonne le groupe de recherche Vendôme, à l'échelon national, sur le développement des chaînes logistiques.

Systèmes de cartographie mobile (Mobile Mapping)

Cartographie 3d : rue Soufflot et Panthéon (Paris).

Prototype LARA-3D, version 2008.

François Goulette, Joël Senpauroca, Jean-Emmanuel Deschaud, Keerthi Narayana, Taha Ridene, Hyun-Jae Yoo, Jacky Lech.

Nous continuons les recherches autour des Systèmes de cartographie mobile dont nous développons un prototype, la plateforme LARA-3D. Ce type de système répond à un besoin émergent et croissant de production intensive de cartes géographiques, pour de nombreuses applications (routières, touristiques…). Le véhicule prototype LARA-3D comprend des capteurs de localisation (GPS différentiel (1), centrale inertielle (2), odomètre, voir image ci-contre) pour assurer la localisation spatiale et un télémètre à balayage laser embarqué (3) pour effectuer de la numérisation d’environnements urbains et routiers, au cours du déplacement du véhicule. Les travaux en cours sur l’ajout de caméras numériques couleur vont permettre de réaliser des modèles plus réalistes par ajout de textures.
Les points scientifiques et techniques sur lesquels nous travaillons sont la qualité géométrique et photométrique des modèles, la fusion de différentes sources d’informations géographiques (terrestres, aériennes) pour la réalisation de modèles multi-résolutions plus complexes et réalistes, ainsi que l’amélioration de la qualité des trajectoires et de la localisation du véhicule. En 2008, de nombreuses améliorations ont été apportées au prototype pour le rendre plus robuste et mieux adapté aux conditions opérationnelles demandées par nos expérimentations.

Plusieurs campagnes d’acquisitions de données ont été menées, en environnement routier pour des applications de sécurité routière (projets VIZIR et DIVAS du PREDIT) et en environnement urbain (projet Terra Numerica / Terra Data). Des résultats nouveaux ont été obtenus en termes de fusion de données provenant de notre système (points colorés) et d’un modèle numérique de surface provenant de l’IGN (partenaire dans le projet Terra Numerica), [© MINES ParisTech – CAOR (mobile Mapping), ARMINES et Projet TerraNumerica ; données CAOR et IGN (MNS)]. Des travaux sont en cours sur l’évaluation de la qualité de recalage des différentes sources de données et sur l’amélioration de ce recalage de façon automatique – approches de recalage rigide (algorithme ICP) et non rigide.

Faits marquants

Le Centre de robotique est très présent dans les pôles de compétitivité - en particulier, System@tic, Moveo et Cap Digital - et y compris au niveau des instances de gouvernance –notamment, Numatech Automotive, source de plusieurs actions de recherche (LOVE, IHS10, AROS, EDONA).

Au niveau européen, grâce à la collaboration avec l'INRIA (JRU LARA), le CAOR participe à de nombreux contrats : Cybercars2, City Mobil, Geonet, Have-It et PICAV...

Les collaborations directes avec les partenaires industriels, en particulier avec VALEO et PSA, se poursuivent. À noter, une collaboration suivie dans le temps (15 ans) avec MENSI, une PME française d'Île-de-France, spécialisée dans les systèmes de numérisation et modélisation 3D (ayant intégré depuis le groupe américain TRIMBLE). En robotique mobile, le développement du Mines Rover a été conduit en collaboration directe avec la SAGEM, avec laquelle un contrat de collaboration de longue durée est envisagé.

La production scientifique du Centre en 2008 comprend 3 thèses, 17 publications, 28 communications dans des congrès, une dizaine d'actions de diffusion de la science (conférences invitées, articles dans les journaux ou les médias, passage sur les radios nationales ou les chaînes télé) et une vingtaine de rapports internes.

Philippe Fuchs , préside l'Association française de réalité virtuelle, réalité augmentée (AFRV, www.afrv.fr), qui regroupe les chercheurs et les professionnels du domaine. Il a dirigé, avec Malik Mallem, un numéro spécial, Innovations en réalités virtuelle et augmentée, de la revue Technique et Sciences de l'Informatique, publiée chez Lavoisier.

Hugues Molet assure la présidence et la responsabilité éditoriale de la Revue française de gestion industrielle.