Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Dans cet article, nous présentons les diverses catégories de robots marins et sous-marins en détaillant leurs domaines d'application et les aspects technologiques et scientifiques associés. Nous présentons ensuite leurs moyens de localisation, de perception (notamment acoustiques) et de communication, et nous en donnons les principales caractéristiques techniques. Dans une troisième partie, nous faisons l'inventaire des forces subies par de tels véhicules et nous établissons leur modèle dynamique. Enfin, nous présentons les trois approches de commande les plus utilisées et nous les comparons expérimentalement.
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In this paper, we describe the different available types of marine and underwater robots and we detail the related fields as well as the corresponding technical and scientific issues. We also focus on the current equipments dedicated to positioning, sensing (including acoustic remote sensing), and communication. This presentation is completed by a review of the technical features of these equipments. Then, we detail the forces and torques exerted on such a vehicle, and we derive its dynamic model. The last section is dedicated to control. Three classical controllers are detailed and experimentally compared.
Auteur(s)
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Vincent CREUZE : Maître de conférences - LIRMM, UMR5506 CNRS / université Montpellier 2, Montpellier, France
INTRODUCTION
Les robots marins (sous l'eau, mais aussi sur l'eau) sont en plein essor. À l'aube du développement des flottilles de véhicules, ils ont acquis désormais une certaine maturité industrielle et scientifique. Leur usage est largement répandu, principalement pour des applications pétrolières off-shore, pour les applications militaires (surveillance, déminage, etc.) et pour les applications scientifiques (océanographie, climatologie, etc.). Nous proposons dans cet article un tour d'horizon des véhicules existants (USV, AUV, ROV, glider, robot voilier, robot bio-inspiré, profileur, etc.) ainsi qu'un descriptif détaillé des matériels associés à leur fonctionnement, et qui permettent la localisation, la perception et la communication. Pour chaque catégorie de matériel, les principes de fonctionnement sont rappelés et les données techniques indispensables sont résumées, afin de permettre au lecteur de sélectionner correctement les matériels adaptés à son application, en tenant compte des caractéristiques techniques et des conditions d'utilisation.
Cet état de l'art technologique est accompagné dans une deuxième partie des outils scientifiques permettant de contrôler les véhicules marins : la modélisation et la commande. Le modèle présenté est celui défini par la SNAME (Society of Naval Architects and Marine Engineers) qui est largement utilisé par la communauté. À partir de ce modèle, nous avons sélectionné trois commandes, dont nous rappelons le fonctionnement et les points clés du réglage. Il s'agit de la commande PID, de la commande adaptative à retour d'état non linéaire et de la commande en régime glissant. Des exemples illustrent leur utilisation, et leurs avantages et inconvénients sont expliqués. Enfin, l'article se termine par une comparaison expérimentale des trois commandes présentées, appliquées à l'asservissement en profondeur d'un mini ROV. Cela permet de comparer les commandes et d'en souligner les limites.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
Robotics | Marine vehicles | Sensing | Modeling | Control
VERSIONS
- Version courante de mars 2024 par Vincent CREUZE
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Localisation, perception, communication
En anglais
1. Catégories de véhicules et applications
1.1 Véhicules de surface (USV)
Les USV (Unmanned Surface Vehicles) à moteur ont pour principales applications la surveillance (militaire), la cartographie/bathymétrie (militaire et civile), la détection/neutralisation de mines et l'océanographie (échantillonnage des paramètres physico-chimiques de l'eau). Dans la plupart des cas, les véhicules de surface sont simplement téléopérés. Le principal frein à leur automatisation complète est la détection et l'évitement des autres navires, ainsi qu'un cadre légal clair à leur navigation autonome. Dans tous les cas, le déploiement de ces véhicules doit être supervisé à distance par un opérateur humain, capable à tout moment d'interrompre la mission pour des raisons de sécurité. Parmi les véhicules de ce type, on peut citer l'exemple du véhicule militaire Inspector, conçu par ECA Robotics et des catamarans de SeaRobotics (figure 1).
HAUT DE PAGE
Les missions allouées aux robots voiliers sont sensiblement identiques à celles des robots de surface motorisés, mais le mode de propulsion de ces engins leur confère une autonomie bien plus grande. Théoriquement, cette autonomie est même illimitée, car le bateau peut être équipé de panneaux solaires ou d'une éolienne. Ce dernier système est préféré la plupart du temps aux panneaux solaires dont l'efficacité est rapidement altérée par des dépôts de sels. On rencontre aussi parfois des systèmes de récupération d'énergie mécanique exploitant les mouvements de la bôme lors des virements de bord. En pratique, ce sont les capteurs embarqués qui limitent l'autonomie des robots voiliers. En effet, hormis pour la mesure de température (air ou eau) et de vitesse du vent, la plupart des capteurs océanographiques embarqués nécessitent des réétalonnages fréquents (mensuels, voire hebdomadaires) en raison de l'oxydation ou de la colonisation par des organismes vivants (algues,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JAULIN (L.), LE BARS (F.) - An interval approach for stability analysis, Application to sailboat robotics, IEEE Transaction on Robotics - Volume 27, Issue 5 (2012).
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(2) - BRIERE (Y.) - IBOAT, An autonomous robot for long-term offshore operation - Electrotechnical Conference, MELECON 2008, the 14th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference, pages 323-329 (2008).
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(3) - BOYER (F.), GOSSIAUX (P.-B.), JAWAD (B.), LEBASTARD (V.), POREZ (M.) - Model for a sensor inspired by electric fish - IEEE Transactions on Robotics, Vol. 52, 2, pp. 492-505 (2012).
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(4) - BOYER (F.), LEBASTARD (V.) - Exploration of Objects by an Underwater Robot with Electric Sense - Living Machines, 50-61. Biomimetic and Biohybrid Systems, Springer Berlin Heidelberg, Lecture Notes in Computer Science, v : 7375 (2012).
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(5) - BOYER (F.), LEBASTARD (V.), CHEVALLEREAU (C.), SERVAGENT (N.) - Underwater reflex navigation in confined environment based on electric sense - IEEE Transactions on Robotics, Vol. 29 (4), pp. 945-956 (2013).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Salon/conférence : SeaTech Week – Cet évènement se tient tous les deux ans (années paires), à l’automne, à Brest (France). Il rassemble plusieurs séminaires et workshops scientifiques et technologiques, ainsi qu’une exposition importante de matériels dédiés à l’industrie marine et sous-marine.
Salon/conférences : Oceanology International – Cet événement se tient tous les deux ans à Londres (Royaume-Uni).
http://www.oceanologyinternational.com
Conférence : OCEANS IEEE/MTS Conference – Organisée par l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) et la MTS (Marine Technology Society), cette conférence internationale se tient deux fois par an. Elle rassemble des présentations scientifiques et une importante exposition de matériels. La sélection des présentations est faite sur résumé.
http://www.oceansconference.org/
Compétition/conférence : WRSC / IRSC (World Robotic Sailing Championship and International Robotic Sailing Conference) – Championnat du monde de robots voiliers et conférence internationale sur les robots voiliers (événement...
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