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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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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.
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- Version courante de mars 2024 par Vincent CREUZE
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5. Conclusion
Dans cet article, nous avons vu qu'il existait une grande variété de véhicules marins et sous-marins et de matériels associés. Les contraintes sont fortes (modèles difficiles à caractériser, nombreuses perturbations) et la densité d'informations (position, perception, communication) est faible. Malgré ces contraintes, les progrès technologiques et scientifiques réguliers qu'ont connus les robots marins et sous-marins depuis plusieurs décennies en permettent aujourd'hui une utilisation fiable et efficace. Le nombre d'unités vendues ne cesse d'augmenter chaque année, aussi bien pour des applications industrielles, que scientifiques ou militaires. Les véhicules capables d'opérer à 6 000 mètres sont de plus en plus courants et l'autonomie des AUVs ne cesse de s'accroître. L'heure est désormais au développement du premier robot humanoïde sous-marin (universités de Stanford et KAUST) et des flottilles de véhicules. Plusieurs projets ambitieux sont actuellement à l'étude dans ce dernier domaine, pour l'observation, mais aussi pour l'intervention (manipulation faisant coopérer plusieurs véhicules, éventuellement de façon entièrement autonome). Certaines de ces flottilles sont hétérogènes (véhicule sous-marin, véhicule de surface, véhicule aérien), reconfigurables en cours de mission, etc. L'intérêt des flottilles est évident, que ce soit en océanographie (simultanéité de plusieurs mesures), ou pour des applications militaires (rapidité opérationnelle et redondance). Elles posent de nouveaux problèmes scientifiques (coordination, génération de trajectoires, co-manipulation, supervision, etc.), technologiques (communications, etc.) et opérationnels (déploiement…).
La résolution de ces problèmes, mais aussi l'autonomie croissante demandée aux véhicules marins isolés, constituent les défis industriels et scientifiques des prochaines décennies.
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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