Présentation
EnglishRÉSUMÉ
Cet article a pour but de présenter les robots voiliers autonomes à travers une description de leurs spécificités, fonctionnement,
architecture et modélisation physique, ainsi que leurs algorithmes de commande, dans l’objectif d’aider à la conception,
simulation et réalisation de ce type de système automatisé.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Fréderic PLUMET : Maître de conférences, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, ISIR, CNRS UMR 7222, Paris, France
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Yves BRIERE : Enseignant-chercheur à l’Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace (ISAE-SUPAERO), Toulouse, France
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Fabrice LE BARS : Enseignant-chercheur à l’ENSTA Bretagne, département STIC/groupe thématique robotique, Lab-STICC/CID/PRASYS, Brest, France
INTRODUCTION
Les enjeux environnementaux rendent particulièrement visibles les applications liées à l’observation des océans et de l’atmosphère, l’une des problématiques importantes étant la compréhension des interactions fines entre la mer et l’atmosphère. Parmi les nombreux moyens de mesure utilisés par les scientifiques, les voiliers autonomes sont en plein essor. L’utilisation du vent comme moyen de propulsion permet en effet d’envisager des missions de très longue durée et sur de très grandes distances. Comparativement aux moyens de mesure traditionnels (navires, bouées fixes, etc.) les voiliers autonomes peuvent aussi avoir l’avantage de combiner une grande agilité et reconfigurabilité avec une conception low cost. Enfin, si les voiliers autonomes ont été initialement conçus pour l’observation océanographique comme une amélioration des bouées dérivantes passives, ils peuvent aussi offrir des opportunités et être associés à des services innovants. Ils sont par exemple particulièrement indiqués pour les opérations de surveillance d’une zone, les applications de relais de communication entre navires ou bien entre segment sous-marin et segment aérien, etc.
La première section de cet article présentera de manière générale les voiliers autonomes à travers leurs applications possibles et des exemples de robots existants. Ensuite, plus de détails sur les spécificités de fonctionnement d’un robot voilier et les éléments le constituant seront fournis. La troisième section proposera une modélisation cinématique et dynamique, qui pourra notamment aider au dimensionnement et à la simulation de prototypes, et la dernière section sera consacrée à la commande d’un robot voilier autonome.
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5. Conclusion
Des éléments permettant de comprendre les particularités des robots voiliers autonomes ont été présentés. Les nombreuses applications possibles et le peu d’alternatives équivalentes, ainsi que les prototypes existants et les expériences déjà réalisées montrent bien l’intérêt industriel de ce type de robot. Pour aider à leur conception et simulation, des éléments de modélisation cinématique et dynamique ont été détaillés. Enfin, des méthodes de commande permettant d’implémenter des algorithmes de suivi de trajectoire automatique ont été proposées. De nombreux points restent cependant ouverts.
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L’architecture même des robots voiliers est encore souvent fortement inspirée des voiliers traditionnels. Les robots voiliers de petite taille sont pourtant soumis à des perturbations (vagues et vent) beaucoup plus importantes que les voiliers en « vraie grandeur ». Il est, par exemple, probablement possible d’optimiser le profil des voiles en tenant compte explicitement de ces facteurs.
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La longévité en mer pour de très longues missions reste un challenge important : robustesse du voilier, fiabilité des équipements, optimisation des chaînes énergétiques, etc.
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Les lois de pilotage des robots voiliers sont généralement basées sur un modèle de performance. On peut cependant s’attendre à ce que ces performances soient très fortement dépendantes des conditions, voire de l’avancement de la mission. Par exemple, la prolifération organique sur les surfaces immergées (biofooling) se traduit par des dépôts d’algues ou de coquillages qui dégradent fortement les performances. Ces problèmes rendent pertinent l’emploi de techniques de commande adaptative.
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Les méthodes de planification décrites dans la section 4.2 sont basées sur une hypothèse forte déterministe : les prévisions météorologiques sont considérées comme certaines quel que soit l’horizon de temps, alors que l’on a vu que la fiabilité des prévisions diminue fortement avec le temps. Pour prendre en compte cet aspect stochastique, on peut, par exemple, envisager le formalisme de l’optimisation Bayesienne, basé sur des modèles de décision de Markov partiellement observables (Partially Observable Markov Decision Processes – POMDPs). Le problème de la recherche d’une trajectoire optimale est remplacé...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SMITH (B.) - Skamp – roboat boat with rigid sails patrols ocean beat. - Popular Science 196(5), pages 70-72 (1970).
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(2) - NEAL (M.) - A hardware proof of concept of a sailing robot for ocean observation. - IEEE Journal of Oceanic Engineering, 31(2) : 462-469 (2006).
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(3) - BRIÈRE (Y.) - IBOAT : An autonomous robot for longterm offshore operation. - In MELECON 2008 – The 14th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference, pages 323-329, May 2008.
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(4) - ABRIL (J.), SALOM (J.), CALVO (O.) - Fuzzy control of a sailboat. - International Journal of Approximate Reasoning, 16(3-4) : 359-375 (1997).
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(5) - BRIERE (Y.), BASTIANELLI (F.), GAGNEUL (M.), CORMERAIS (P.) - Challenge Microtransat. - J3eA, 5 : 001 (2006).
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(6) - - Site...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Challenge Microtransat
World Robotic Sailing
Championship
http://www.roboticsailing.org/
Ocean aero
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