Mes travaux s’inscrivent dans le cadre de la conception intégrée de système de systèmes robotiques. Maîtriser la conception d’un système de systèmes (large scale systems), nécessite souvent une connaissance multi-niveaux, partant d’un niveau microscopique, où l’interaction entre des domaines de l’ingénierie est identifiée et les composants systèmes sont modélisés ; suivi d’un niveau mésoscopique, où l’échange d’informations entre les composants systèmes est modélisé et enfin le niveau macroscopique pour la modélisation du système de supervision.

Je contribue au développement d’une recherche fondamentale autour de la conception intégrée de système de systèmes robotiques, se basant sur deux verrous scientifiques :

1. Modélisation et commande de manipulateurs continuums et hyper-redondants,
2. Modélisation multi-niveaux pour la supervision d’un système de systèmes robotiques (SdSR),

Le premier verrou scientifique concerne la modélisation et la commande cinématiques d’une classe de robots manipulateurs à chaine cinématique ouverte, possédant des dynamiques ‘continuum’ [RI_18-1], [RI-15-3]. Avec leurs caractéristiques hyper-redondantes, fabriqués par des techniques de la fabrication additive et disposant d’un nombre de degrés de liberté très élevé, il est donc difficile d’atteindre des performances de commande décrite par un robot manipulateur rigide. Ainsi, le travail de recherche mené depuis 2012 sur ce thème consiste à développer différentes commandes à base de modèles cinématiques de manipulateur continuum, à partir de différentes approches: quantitative en utilisant le principe de géométrie d’un arc, thèse de C. Escande (09-12) [RI_15-1]; hybride (qualitatif et quantitative) en approximant le robot continuum par une succession de robots rigides série-parallèle, thèse de O. Lakhal (16-18) [RI_16-1] et enfin par la théorie des courbes pour la reconstitution du profile du robot suivant l’approche du Hodographe Pythagorien I. Singh (15-18) [RI_18-4]. Ces travaux m’ont permis de proposer une session spéciale dans IEEE TMECH [RE_15-1].

Une complexité supplémentaire est rajoutée quand il faut assurer la supervision d’un ensemble de manipulateurs continuums, dispersés et communicants, en interaction avec un environnement dynamique et par rapport à plusieurs modes de fonctionnement (normal, défaillant et dégradé).

Ce second verrou scientifique concerne la modélisation multi-niveaux pour la supervision d’un SdSR. Ce travail a été valorisé dans le cadre de deux thèses, une portant sur la modélisation organisationnelle d’un SdSR par l’approche des Hypergraphes en vue de superviser les modes défaillants, thèse de W. Khalil (09-12) [RI_12-5], et une autre sur la modélisation organisationnelle d’un SdSR par une approche multi-agents, thèse de J-B. Soyez (10-13) [RI_17-2]. Deux autres thèses ont été réalisées sur la problématique de la modélisation comportementale (physique) d’un SdSR, s’agissant de celle de P. Kumar (11-14) [RI_18-2], portant sur la modélisation énergétique d’un SdSR et de la thèse de A. Koubeissi (12-15) [CI_15-6], portant sur une méthodologie de modélisation hybride regroupant l’aspect comportemental (physique) et l’aspect organisationnel (managérial) d’un SdSR. Ces travaux de recherche ont été transférés technologiquement (brevets : [P_17-1], [P_16-1]), suivant différents enjeux sociétaux : Port du Futur, à travers les robots porte conteneur dans le projet InTraDE et le projet <link library containers com.microsoft.word data desktop rochdi personnel smartportsecosystem.com>SPEED; Usine du Futur, avec les robots de transformation des poissons ronds des projets BPI-Région CoBofish et ChampiBot ; Construction du futur, avec les robots de moulage et réparation dans le patrimoine immobilier, des projets MATRICE Matrice et RoAdMAP et enfin la Santé du futur, avec les robots de diagnostic et de traitement des cancers localisés du projet CoBra et du projet Curiethérapie Robotisée  Curiethérapie 

Deux ouvrages scientifiques de synthèse des deux verrous scientifiques sont publiés chez Bentham [OS_12-01] et Springer [OS_13-01].

During the last decade, my work is part of the integrated design of system of robotic systems. Mastering the design of a system of systems engineering (large-scale system), often requires multi-level knowledge, starting from a microscopic level, where the interaction between fields of engineering is identified, and system components is modeled; followed by a mesoscopic level, where the exchange of information between the system components is modeled and finally the macroscopic level for modeling the supervision system.

I contribute to the development of fundamental research around the integrated design of system of robotic systems, based on two scientific challenges:

1.     Modeling and control of high degree of freedom of continuum manipulators,

2.     Multi-level modeling for the supervision of a system of robotic systems (SoRS),

The first scientific challenge concerns the kinematic modeling and control of a class of high degree of freedom soft manipulators, with open kinematic chain, possessing "continuum" dynamics [RI_18-1], [RI-15-3]. They are characterized by a hyper-redundant behavior and designed from additive manufacturing techniques; it is therefore difficult to achieve control performance described by a finite degree of freedom-rigid manipulator robot. Thus, the research work, carried out since 2012 on this topic, consists in developing different control algorithms based on kinematic models of a continuum manipulator, from different approaches: quantitative using the principle of arc geometry, PhD thesis of C. Escande (09-12) [RI_15-1]; qualitative using data-learning approach, PhD thesis of A. Melingui (11-14) [RI_15-1];  hybrid (qualitative and quantitative) by approximating the robot continuum by a concatenation of rigid serial-parallel robots, PhD thesis of de O. Lakhal (16-18)  [RI_16-1], computational approaches, based on Finite Elements Method (FEM), in collaboration with Prof. C. Duriez from inria, PhD thesis T. Bieze (14-18) [RI_18-3] and finally by using parametric curves for the shape reconstruction of continuum manipulators based on the Pythagorean Hodograph method, PhD thesis of I. Singh (15-18) [RI_18-4]. This research topic allowed me to propose a special session in IEEE TMECH [RE_15-1] in 2017.

An additional complexity is added when it is necessary to ensure the supervision of a set of continuum, dispersed and communicating manipulators, in interaction with a dynamic environment and in relation to several operating modes (normal, faulty and degraded). I have been laureate in 2019 of national call of project to create an innovative start-up, called RoAdMaP (Robotized Additive Manufacturing in Patrimony) to be launched in 2021.

This second scientific challenge concerns multi-level modeling for the supervision of a class of large-scale systems, namely SoRS. This work was valued in the framework of four PhD theses, one on the organizational modeling of an SoRS, based on graphical approach, namely Hypergraphs with a view to supervising of faulty operating modes, PhD thesis of W. Khalil (09-12) [RI_12-5], and another on the organizational modeling of an SoRS, based on multi-agents approach, in collaboration with Dr. G. Morvan, in the framework of PhD thesis of  J-B. Soyez (10-13) [RI_17-2]. Two other theses were carried out on the problem of behavioral (physical) modeling of an SoRS, one concerns energy-based modeling of an SoSR applied to Intelligent Transport System (ITS), PhD Thesis of concerning that of de P. Kumar (11-14) [RI_18-2]; and the other concerns hybrid modeling methodology combining the behavioral (physical) and communication aspects of an SoRS based on Bond Graph method,  PhD thesis of de A. Koubeissi (12-15) [CI_15-6]. These research works have been progressively transferred technologically, after intellectual protection in terms of patents : [P_17-1], [P_16-1], according to different societal challenges:

1. Port of the Future

InTraDE  InTraDE Project (09-14): Intelligent Transportation for dynamic Environment

VASCO VASCO Project (16-19) Autonomous Vehicles For Port Logistics

SPEED Project (19-22) Smart Port Ecosystem;

2. Factory of the Future

Using system of collaborative robots for threading and processing of fishes and mushroom collect, through the projects funded by the national investment bank called CoBofish (18-19) and ChampiBot (19-20);

3. Construction of the future

Using robots for molding and interventional reparation for real estate, Matrice and RoAdMAP projects

3. Health of the future

Design of robots dedicated to diagnosis and treatment of localized cancers, through EU CoBra project and Robotized Brachytherapy (SATT-Nord - 2013-2016)

Two scientific books of synthesis related to these challenges are published in 2012 Bentham  [OS_12-01] and in 2013 at Springer [OS_13-01].

• International

2019: Hamza Cherif Bouchaour, ‘Vers la reconfiguration structurelle d’un système de type SoS par la méthode MAX-SAT’, thèse de l’université d’Oran, Algérie, Rapporteur.

2019: Rajmeet Singh, ‘Static and Dynamic Obstacle Avoidance with Dynamic Analysis for Mobile Robots’, these de Department of Mechanical Engineering, Thapar Institute of Engineering & Technology, Patiala, Inde, Rapporteur.

2018: Yasmin Ansari, ‘Development of learning-based control frameworks to enable high-precision positioning/tracking in continuum/soft robotic manipulators’, thèse de Scuola Universitaria Superiori Pisa, Italie, Rapporteur.

2017: Gossaye Mekonnen, ‘Wireless Hybrid Visual Servoing Algorithms For Mobile Robots’, thèse de Indian Institute of Technology Roorkee, Inde, Rapporteur.

2011: Ming Yu, ‘Fault Diagnosis and Prognosis of Hybrid Systems Using Bond Graph Models and Computational Intelligence’, thèse de l’Université de Nanyang, Singapore, Rapporteur.

• En France, hors Université de Lille

2018 : Walid Amokrane, ‘Développement d’un Actionneur Magnétique pour le Guidage Robotisé de Particules dans la Cochlée’, Thèse de INSA Centre Val de Loire, Rapporteur.

2018 : Akram Riani, ‘Contribution on control and observation of exoskeletons for upper limb functional rehabilitation’, Thèse de l’Université Paris Saclay, Rapporteur.

2018: Roger Bostelman, ‘Performance Measurement of Mobile Manipulators’, Thèse de l’Université de Bourgogne, Rapporteur.

2016 : Clémence Chamard-Jovenin, ‘Impact d’une sur-expression d’ER36 et/ou d’une exposition aux alkyphénols sur la physiopathologie de la glande mammaire’, Thèse de l’Université de Lorraine, Rapporteur.

2016 : Jean-Yves Choley, ‘Contribution à la conception préliminaire des systèmes mécatroniques critiques’, HDR de l’Université Technologique de Compiègne, Rapporteur.

2015 : Ali Seba, ‘Fusion de données capteurs visuels et inertiels pour l’estimation de la pose d’un corps rigide’, Thèse de l’Université de Versailles, Examinateur.

2015 : Mohamed Tlig, ‘Coordination locale et optimisation distribuée du trafic dans les réseaux de transport de véhicules autonomes’, thèse de l’Université de Lorraine, Examinateur.

2014 : Wafa Hadjadj Aoul, ‘Commande Optimale et Robuste par Backstepping des Systèmes non-Linéaires : Application au Quadrotor’, thèse de l’Université de Versailles Saint Quentin en Yvelines, Rapporteur.

2014 : Van Hoa Nguyen, ‘Synthèse de tolérance pour la conception des systèmes mécatroniques : Approche par bond graph inverse’, thèse de l’INSA de Lyon, Rapporteur.

2014 : Jano Yazbeck, ‘Accrochage immatériel sûr et précis de véhicules automatiques’, thèse de l’Université de Lorraine, Examinateur, Président du Jury.

2013 : Ahmed Faghraoui, ‘Modélisation de causalité et diagnostic des systèmes complexes de grande dimension’, thèse de l’Université de Lorraine, Rapporteur.

2011: Safdar Abbas Khan, ‘Localisation et détection de fautes dans les réseaux de capteurs sans fil’, thèse de l’Université Paris XII, Rapporteur.

• En France, dans l’université de Lille

2017 : Ben Li, ‘Diagnosis and Diagnosability of Complex Discrete Event Systems Modeled by Labeled Petri Nets’, Thèse de Centrale Lille, 3 Mai 2017, Examinateur, Président du Jury.

• International

2019: Hamza Cherif Bouchaour, ‘Towards Structural reconfiguration of SoS through MAX-SAT Method’, Univ. Oran, Algeria, Reviewer.

2019: Rajmeet Singh, ‘Static and Dynamic Obstacle Avoidance with Dynamic Analysis for Mobile Robots’, Department of Mechanical Engineering, Thapar Institute of Engineering & Technology, Patiala, India, Reviewer.

2018: Yasmin Ansari, ‘Development of learning-based control frameworks to enable high-precision positioning/tracking in continuum/soft robotic manipulators’, Scuola Universitaria Superiori Pisa, Italy, Reviewer.

2017: Gossaye Mekonnen, ‘Wireless Hybrid Visual Servoing Algorithms For Mobile Robots’, thèse de Indian Institute of Technology Roorkee, India, Reviewer.

2011: Ming Yu, ‘Fault Diagnosis and Prognosis of Hybrid Systems Using Bond Graph Models and Computational Intelligence’, Univ. Nanyang, Singapore, Reviewer.

• In France

2018 : Walid Amokrane, ‘Développement d’un Actionneur Magnétique pour le Guidage Robotisé de Particules dans la Cochlée’, INSA Centre Val de Loire, Reviewer.

2018 : Akram Riani, ‘Contribution on control and observation of exoskeletons for upper limb functional rehabilitation’, Univ. Paris Saclay, Reviewer.

2018: Roger Bostelman, ‘Performance Measurement of Mobile Manipulators’, Univ. de Bourgogne, Reviewer.

2017 : Ben Li, ‘Diagnosis and Diagnosability of Complex Discrete Event Systems Modeled by Labeled Petri Nets’, Centrale Lille, Examiner.

2016 : Clémence Chamard-Jovenin, ‘Impact d’une sur-expression d’ER36 et/ou d’une exposition aux alkyphénols sur la physiopathologie de la glande mammaire’, Univ. Lorraine, Reviewer.

2016 : Jean-Yves Choley, ‘Contribution à la conception préliminaire des systèmes mécatroniques critiques’, Habilitation, l’Université Technologique de Compiègne, Reviewer.

2015 : Ali Seba, ‘Fusion de données capteurs visuels et inertiels pour l’estimation de la pose d’un corps rigide’, Univ. Versailles, Examiner.

2015 : Mohamed Tlig, ‘Coordination locale et optimisation distribuée du trafic dans les réseaux de transport de véhicules autonomes’, Univ. Lorraine, Examiner.

2014 : Wafa Hadjadj Aoul, ‘Commande Optimale et Robuste par Backstepping des Systèmes non-Linéaires : Application au Quadrotor’, Univ. Versailles, Reviewer.

2014 : Van Hoa Nguyen, ‘Synthèse de tolérance pour la conception des systèmes mécatroniques : Approche par bond graph inverse’, INSA de Lyon, Reviewer.

2014 : Jano Yazbeck, ‘Accrochage immatériel sûr et précis de véhicules automatiques’, Univ. Lorraine, Examiner, Examiner.

2013 : Ahmed Faghraoui, ‘Modélisation de causalité et diagnostic des systèmes complexes de grande dimension’, Univ. Lorraine, Reviewer.

2011: Safdar Abbas Khan, ‘Localisation et détection de fautes dans les réseaux de capteurs sans fil’, Univ. Paris XII, Reviewer.