Modélisation incrémentale et localisation par amers pour la navigation d'un robot mobile autonome en environnement naturel

摘要

Cette these porte sur la modelisation d'environnements naturels et la localisation d'un robot mobile autonome. L'environnement, inconnu ou partiellement connu au depart, est percu incrementalement par le robot au moyen d'un capteur 3D (telemetre laser ou vision stereoscopique). Les domaines d'application de ce travail se situent dans le cadre de la robotique mobile d'intervention et de l'exploration planetaire. Une premiere partie etablit sous la forme d'un cahier des charges les caracteristiques que doit presenter le modele de l'environnement et fait une analyse critique des differentes representations etudiees dans la litterature. L'approche proposee est alors introduite et se base sur une decomposition de l'environnement en deux entites elementaires: le sol et les objets. La deuxieme partie porte sur la modelisation d'une perception. Elle precise comment le robot segmente le sol et les objets a partir des images 3D et l'illustre par de nombreux exemples sur des donnees issues de scenes et de capteurs differents. Un modele geometrique est calcule independamment pour chacun des objets et des relations topologiques (caracterisant leurs dispositions relatives) sont etablies entre eux. Des objets particuliers, appeles amers, sont selectionnes sur la base de criteres de precision et de distinction. Le robot identifie pour chacun d'eux leur sommet qui est une caracteristique reconnaissable et en calcule la position et l'incertitude en fonction de la forme de l'amer et de la resolution du capteur. La troisieme et derniere partie traite de la modelisation incrementale de l'ensemble de l'environnement. Apres chaque perception, le robot cherche a reconnaitre les amers ou une configuration d'amers dans le modele. Les appariements trouves lui permettent de reestimer a la fois sa position et son incertitude ainsi que celles des amers. Cette operation de localisation et de construction de la carte des amers est realisee a l'aide du filtre de Kalman etendu. Le maintien des liens de correlation entre les amers et le robot permet de conserver la coherence globale de la carte. Plusieurs experimentations de modelisation incrementale sont presentees et analysees methodiquement. Les positions estimees du robot et celles des amers sont comparees a des valeurs de references, notamment obtenues grâce a un theodolite laser, et permettent de conclure sur la validite des localisations et de la carte construite.