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)
-
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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Modélisation des véhicules
En anglais
2. Localisation, perception, communication
2.1 Localisation et attitude
La localisation des véhicules marins est un point-clé de leur bonne utilisation. Que ce soit au voisinage d'une infrastructure offshore ou dans un environnement naturel, un mauvais positionnement peut avoir des conséquences graves pour l'environnement exploré et pour la sécurité du véhicule lui-même. De plus, dans le cas particulier de l'inspection, les données recueillies ont peu de sens si elles ne sont pas localisées correctement.
HAUT DE PAGE2.1.1 Localisation des véhicules de surface
Pour les véhicules de surface, la localisation ne pose aucun problème. Un positionnement par GPS ou par GPS différentiel (DGPS) est en effet toujours possible. Il peut être complété par d'autres dispositifs afin d'en accroître la précision (centrale inertielle à fibre optique).
Pour la commande du véhicule, il est nécessaire de connaître le cap, les angles de roulis et de tangage, ainsi que les vitesses linéaires et les vitesses de rotation (§ 3.1.1). Pour cela, il est suffisant de compléter le GPS par une minicentrale inertielle (moins de 2 000 euros) de type MEMS. Pour ce type d'application, il existe d'ailleurs des produits rassemblant la centrale et le GPS dans un unique boîtier de la taille d'une boîte d'allumettes.
HAUT DE PAGE2.1.2 Localisation des véhicules sous-marins
Sitôt passés les premiers centimètres sous la surface, l'eau de mer agit comme une barrière pour les ondes électromagnétiques, ce qui ne permet plus d'utiliser le système GPS. Pour se localiser, on dispose alors de deux solutions : créer localement un système de positionnement acoustique ou avoir recours à une odométrie...
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Localisation, perception, communication
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).
-
(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).
-
(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).
-
(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).
-
(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).
-
...
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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