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
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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