Action transversale ALROB
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Action transversale ALROB
GDR GPL — GDR Robotique Action transversale ALROB Architectures logicielles pour la robotique autonome et les systèmes auto-adaptables Responsables Jacques Malenfant, LIP6 David Andreu, LIRMM Noury Bouraqadi, École des mines de Douai Serge Stinckwich, UCBN & UMMISCO 26 janvier 2015 Mots-clés : robotique autonome, robotique collective, architectures logicielles, intergiciels, autoadaptabilité dynamique, systèmes autonomiques, modélisation, systèmes hybrides, génie logiciel, programmation, langages métiers (DSL), simulation, validation/vérification. Thématique scientifique En robotique autonome et collective, l’architecture de contrôle capture l’ensemble des fonctions logicielles ainsi que leur organisation spatiale et temporelle, en liaison avec les organes matériels, donnant aux robots la capacité d’exécuter leur mission. Les architectures logicielles pour la robotique autonome développées à ce jour ont démontré qu’il est très difficile d’obtenir un bon découplage entre matériel (capteurs, actionneurs, cible d’exécution), contrôle et algorithmes spécifiques à ses différentes fonctions. La prise en compte du temps et des diverses autres contraintes a mené à des systèmes de contrôle robotiques très couplés, où les caractéristiques des capteurs et des actionneurs de même que le cahier des charges des fonctionnalités des robots finissent par dicter des solutions, en termes d’architectures et d’algorithmes, spécifiques à chaque robot, coûteuses à développer puis difficiles à valider, vérifier et faire évoluer. L’apport des méthodes classiques, et mêmes récentes, de l’informatique, est important mais elles restent en grande partie inopérantes face à ces défis. En effet, le problème du couplage est traité, pour l’essentiel, par la modularité des données et des traitements et par l’abstraction des services par rapport à leur implantation. L’informatique pousse toujours plus loin l’abstraction et l’indépendance à l’égard du matériel et des ressources, mais ces approches ne permettent pas l’expression explicite des propriétés temporelles et la dynamique de l’exécution : entrelacement et temporisation des tâches, précision des mesures, des calculs, des commutations et des actions en fonction du temps contraint intrinsèque à la robotique. Les intergiciels pour la robotique sont soit orientés vers l’exécution (par exemple, Orocos), soit préoccupés par des considérations d’intégration (par exemple, ROS) qui résolvent certes certains problèmes, comme la « standardisation » des données échangées, etc., mais qui restent encore loin de s’attaquer au cœur du défi. La robotique autonome est considérée comme un des multiples domaines définis depuis quelques années sous la terminologie « systèmes cyber-physiques », au même titre que l’informatique autonomique. Ces systèmes ont comme point commun le fait d’inclure comme partie essentielle un contrôle en boucle fermée, le plus souvent en réseau, connecté au monde physique : les robots pour accomplir leur mission dans ce monde, les systèmes autonomiques pour assurer l’auto-adaptation dynamique des logiciels selon l’évolution du contexte. Par le biais des systèmes cyber-physiques en général et autonomiques en particulier, l’informatique se retrouve donc confrontée à des défis similaires à ceux des architectures de contrôle robotiques. La transversalité des domaines visés appelle une collaboration entre les différentes disciplines concernées. Défis scientifiques En termes scientifiques, le défi principal est de trouver des modèles permettant de décrire les fonctionnalités mais aussi le comportement dynamique de tous les éléments (capteurs, actionneurs, noyau de contrôle, algorithmes en bibliothèques, etc.) de manière à concevoir et implanter des architectures (robotiques ou autonomiques) par composition fine et explicite de ces modèles, dans le respect des contraintes temporelles auxquelles ils sont soumis notamment par le contrôle et les évolutions du monde physique. En effet, si une architecture de contrôle résulte du mariage délicat entre des éléments interdépendants, ce est par l’explicitation de ces interdépendances et leur prise en compte systématique dans la conception et l’implantation que ce domaine pourra atteindre un niveau de maturité égal à celui des autres domaines, comme l’électronique par exemple. Ces défis scientifiques se définissent par les objectifs suivants : 1 — proposer de nouveaux concepts architecturaux supportant toujours plus de fonctionnalités et de possibilités, — abstraire les différents éléments des architectures de contrôle du système à contrôler, de manière à réduire le temps nécessaire pour l’adoption de nouveaux matériels (capteurs, actionneurs, adaptations, ressources à allouer, etc.), tout en exprimant explicitement leurs différentes contraintes (temporelles, etc.), — réduire la durée et rationaliser le processus de développement d’architectures de contrôle correctes et efficaces, — permettre de valider par des tests systématiques et de vérifier formellement ces architectures de manière à pouvoir assurer les garanties de fonctionnement qui seront exigées pour les autorisations d’utilisation dans la société, — rendre plus robustes les architectures de contrôle par un méta-contrôle durant l’exécution et des adaptations logicielles aux pannes et variations dans les conditions de fonctionnement du système à contrôler, — permettre d’exposer les fonctionnalités et le comportement des entités auto-adaptables autonomes d’une manière régulière et complète pour faciliter leur intégration dans un environnement ouvert de systèmes de systèmes à grande échelle, — développer et adapter des méthodes et des outils propres au génie logiciel des architectures de contrôle : élicitation des besoins, modélisations comportementale et architecturale, modèles de composants et langages de programmation, intergiciels, réseaux, systèmes, etc. Équipes participantes Sont concernées principalement le GT « Architectures de Contrôle Robotique » du GDR Robotique et le nouveau GT « Génie logiciel pour les systèmes cyber-physiques » du GDR GPL. L’action sera cependant ouverte à d’autres équipes. Les contacts sont en cours pour établir une liste d’équipes participantes. La liste des équipes ayant répondu à ce jour apparaît en annexe. Relations industrielles L’action transversale s’appuiera d’abord sur le Club des partenaires industriels du GDR Robotique pour tisser des liens avec les industriels intéressés. Elle cherchera ensuite à élargir ses contacts à l’industrie plus centrée sur l’informatique et sur les applications cyber-physiques. Activités scientifiques passées du groupe — Depuis 2006, une conférence nationale « Control Architectures of Robots » a été organisée alternativement par des équipes du GDR Robotique et des équipes du GDR GPL. — Le GT « Architectures de Contrôle Robotique » (GDR Robotique) fonctionne depuis plusieurs années en liaison avec plusieurs informaticiens participant aux conférences CAR et à d’autres journées transversales (comme celle du 1er décembre 2014). — Depuis 2010, une série d’ateliers « DSLRob » a été organisée sur les langages métiers pour la robotique autonome dans le cadre des conférences robotiques IROS et SIMPAR. — Le 1er décembre 2014, une journée « Architectures Logicielles pour la Robotique Autonome, les Systèmes Cyber-Physiques et les Systèmes Auto-Adaptables » a été organisée au LIP6 et, malgré une procédure d’invitation limitative, elle a attiré plus de 35 participants des différentes disciplines. Objectifs de l’action 2015–2019 Les objectifs de l’action pour la période 2015–2019, essentiellement en termes d’animation, de coordination et de création d’opportunités, sont : — Encourager les échanges scientifiques entre les communautés et susciter des initiatives de recherche en collaboration, qui pourraient mener à des montages de projets nationaux et des participations conjointes à des projets européens. — Organiser une série de journées inter-GDR dans la suite de la journée du 1er décembre 2014, en adoptant successivement des thèmes susceptibles de faire se rejoindre les équipes des deux GDR, comme la sûreté de fonctionnement, puis des thèmes susceptibles d’ouvrir ces journées à d’autres GDR pertinents (MACS, I3, ...) conmme l’automatique, le contrôle en réseau et les systèmes cyber-physiques en général. — Consolider les activités d’ouverture initiées par la série de conférences CAR, lieu de discussion entre les deux communautés depuis 2006, en coordination avec les journées précédentes dont certaines seront organisées en co-localisation avec CAR. 2 Annexe. Listes des équipes ayant émis à ce jour l’intention de participer. Établissement École des mines de Douai Université de Montpellier Université Pierre et Marie Curie Université Pierre et Marie Curie Univerzsité de Caen/IRD Université de Bourges ONERA (Toulouse) ONERA (Toulouse) CNRS Université de Nice Université de Nice INSA Lyon/INRIA INRIA INRIA Laboratoire/Équipe CAR LIRMM/Explore LIP6/MoVe ISIR/AMAC UMI UMMISCO Prisme Robotique CDSCD TIM LAAS/RIS I3S/MODALIS I3S/SIS CITI-INRIA/Dynamid Grenoble/Ctl-A Grenoble/SPADES INRIA INRIA/ENS ENSEA Cergy École Centrale de Nantes Université de Poitiers Université de Versailles/St-Quentin ENSTA Rennes/HYCOMES Rocquencourt/PARKAS Université de Haute Alsace Université de Picardie IRCCYN/Robotique PPRIME Robotique interactive Informatique et ingénierie des systèmes LMIPS Véhicules autonomes LMIS 3 Contact(s) Noury Bouraqadi David Andreu Jacques Malenfant Stéphane Doncieux Serge Stinckwich Cyril Novales Charles Lesire-Cabaniols David Doose Félix Ingrand Sébatien Mosser Guillaume Allibert Olivier Simonin Éric Rutten Jean-Bernard Stéfani, Alain Girault Benoît Caillaud Marc Pouzet Arnaud Blanchard Philippe Martinet Jean-Pierre Gazeau Fethi Benouezdou Bruno Monsuez Michel Basset Christophe Loge