Article

1 - CATÉGORIES DE VÉHICULES ET APPLICATIONS

2 - LOCALISATION, PERCEPTION, COMMUNICATION

3 - MODÉLISATION DES VÉHICULES

4 - COMMANDE DES VÉHICULES

5 - ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : S7783 v2

Robots marins et sous-marins - Perception, modélisation, commande

Auteur(s) : Vincent CREUZE

Date de publication : 10 mars 2024

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Présentation

RÉSUMÉ

Cet article présente les principales catégories de robots marins et sous-marins, en précisant leurs domaines d'application ainsi que les aspects technologiques et scientifiques associés. L’article dresse ensuite l’inventaire des moyens de localisation, de perception et de communication, et en résume les caractéristiques techniques essentielles. La troisième section établit le modèle dynamique des véhicules sous-marins et détaille les phénomènes et forces en jeu. Enfin, trois approches de commande sont proposées et comparées expérimentalement.

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ABSTRACT

Marine Robotics Sensing, modeling and control

This paper introduces the main classes of surface and underwater robots and details the related applications, as well as the related technical and scientific challenges. The paper also focuses on the devices commonly used for positioning, sensing, and communication, and proposes a review of the technical features of these devices. Then, the forces and torques applied to underwater vehicles are summarized, and the dynamic model is presented. The last section of this paper is dedicated to control. Three controllers are detailed and experimentally compared.

Auteur(s)

  • Vincent CREUZE : Professeur des universités – LIRMM, université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France

INTRODUCTION

Les robots marins connaissent un développement important depuis plusieurs décennies. Ils ont acquis une maturité technique incontestable, qui permet leur utilisation dans de nombreux domaines, en particulier dans l’industrie pétrolière et gazière, pour des applications militaires (surveillance, déminage, etc.) ou encore pour la recherche scientifique (océanographie, biologie, archéologie, etc.). Cet article propose un tour d’horizon des principales familles de véhicules marins ou sous-marins (USV, AUV, ROV, glider, robot voilier, robot bio-inspiré, profileur, etc.), ainsi qu’un descriptif détaillé des matériels utilisés pour leur localisation, leur perception ou leur communication. Pour chaque catégorie de matériel, les principes de fonctionnement sont rappelés et les notions techniques indispensables sont résumées, afin de permettre au lectorat de sélectionner correctement les matériels adaptés à son application.

Cet état de l’art technologique est suivi d’une présentation des outils scientifiques permettant de contrôler les véhicules marins : la modélisation et la commande. Le modèle présenté est celui, largement utilisé, défini par la SNAME (Society of Naval Architects and Marine Engineers). Basées sur ce modèle, trois lois de commande sont présentées, ainsi que leurs principes de 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 illustrant leur utilisation sont présentés, 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 petit robot sous-marin. Cela permet d’observer les avantages et les limites des trois commandes proposées.

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KEYWORDS

sensors   |   Modeling   |   Control   |   Marine Robotics

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-s7783


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ORGANISATION MARITME INTERNATIONALE -   Convention sur le règlement international de 1972 pour prévenir les abordages en mer (règlement COLREG),  -  (1972). https://www.imo.org/fr/about/Conventions/Pages/COLREG.aspx

  • (2) - PLUMET (F.), BRIERE (Y.), LE BARS (F.) -   Les voiliers robotisés,  -  Techniques de l’Ingénieur (2018).

  • (3) - JAULIN (L.), LE BARS (F.) -   Characterizing Sliding Surfaces of Cyber-Physical Systems.  -  Acta Cybernetica, 24(3), 431-448 (2020). https://cyber.bibl.u-szeged.hu/index.php/actcybern/article/view/4060

  • (4) - KHATIB (O.) et al -   Ocean One – A Robotic Avatar for Oceanic Discovery.  -  IEEE Robotics & Automation Magazine, Vol. 23, n° 4, pp. 20-29, December 2016. https://doi.org/10.1109/MRA.2016.2613281

  • (5) - 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).

  • ...

1 Réglementation

Convention sur le Règlement international de 1972 pour prévenir les abordages en mer (Règlement COLREG), Organisation maritime internationale, 1972.

https://www.imo.org/fr/about/Conventions/Pages/COLREG.aspx

HAUT DE PAGE

2 Événements

Salon/conférence : SeaTech Week – Cet événement se tient tous les deux ans à Brest (France). Il rassemble plusieurs séminaires et workshops scientifiques et technologiques, ainsi qu’une exposition de matériels dédiés à l’industrie marine et sous-marine.

https://www.seatechweek.eu/

Salon/conférences : Oceanology International (Oi) – Cet événement se tient tous les deux ans à Londres (Royaume-Uni).

https://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 scientifiques est faite uniquement sur résumé, ce qui ne permet pas d’en garantir la qualité.

http://www.oceansconference.org/

Compétition/conférence :...

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