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Two PhD Positions in Computer Vision and Deep Learning for data analytics in the operating room (project CAMMA)

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Synthèse de lois de commande robuste pour drones de grande endurance et bas coût (mis en ligne le 16 août 2017)

English version

  • Contexte du projet

La thèse se fera dans le cadre du projet franco-allemand ELCOD associant l’INSA de Strasbourg et le laboratoire ICube à la Hochschule d’Offenburg dont l'objectif principal est de développer des drones à faible coût, à grand rayon d'action et à propulsions peu polluantes, pour différent type de missions (mesures de polluants atmosphériques, monitoring, transport de charges utiles). Ce projet bénéficie d’un financement européen. Ces drones, de masse maximale 25 kg, pourront parcourir plusieurs centaines de kilomètres avec des charges embarquées variables. Deux types de motorisations seront comparées : l’une avec des moteurs brushless alimentés par des piles à combustibles ; l’autre avec un moteur thermique à carburation optimisée.

  • Travail de recherche

Le travail de recherche qui vous sera confié concerne le développement d’une méthodologie de synthèse de correcteurs et d’analyse de leur robustesse en tenant compte à la fois des incertitudes et des modes flexibles. La première partie du travail consistera à évaluer le comportement aérodynamique du drone en se basant sur des outils de simulations disponibles comme les projets XFOIL [XFOIL] et XFLR5 [XFLR5].

Différentes approches de commande seront ensuite envisagées par ordre de complexité. On partira des techniques classiques basées sur les correcteurs linéaires et on montrera leurs limites en termes de zone de travail. En effet, le comportement du drone dépend fortement de la vitesse, de l’altitude et de l’angle d’attaque. Des techniques de synthèse robuste permettront d’étendre cet espace de travail. On exploitera notamment les outils disponibles de synthèse de correcteurs structurés basées sur l’optimisation non-lisse [AN06].

L’axe de recherche principal concerne l’utilisation de méthodes de commande basées sur des modèles linéaires à paramètres variants (LPV) [HLB14]. Un modèle LPV sera d’abord obtenu comme une bonne approximation du modèle non-linéaire de simulation. Des méthodes d’identification de modèle à partir de données expérimentales pourront également être mises en œuvre [VMP16]. Ces techniques seront comparées aux techniques de séquencement de gain [FTL17]. Enfin, de manière plus exploratoire, une extension aux modèles LPV des techniques de commande événementielle est envisagée, dans le but de réduire la consommation énergétique [MDG13]. Les différentes approches seront testées en simulation puis expérimentalement sur le drone prototype.

A côté de la partie scientifique de la thèse qui portera sur développement de la la commande, le candidat participera avec l’équipe à la conception générale du drone.

  • Mots clés

conception et commande de drone, commande robuste

  • Profil recherché

Diplômé.e d’un Master en science ou d’une école d’ingénieur avec une spécialisation en automatique, robotique ou mécatronique, vous disposez d’une expérience montrant vos capacités à vous investir dans un projet de recherche ou de développement. Vos connaissances scientifiques générales et votre maîtrise des outils mathématiques vous permettent d’assimiler de nouveaux concepts théoriques. Vous êtes à l’aise avec la programmation, ce qui vous permettra de programmer le calculateur embarqué et de développer des codes de simulation et d’analyse. Vous disposez de bonnes aptitudes de collaboration au sein d’une équipe et de bonnes capacités à communiquer en anglais. Une expérience dans la conception ou le pilotage de drones ou de modèles réduits ou encore d’autres systèmes robotiques et mécatroniques sera appréciée.

  • Encadrement

Le travail de recherche sera encadré par Edouard Laroche, professeur à l’Université de Strasbourg et spécialisé dans le domaine de la commande robuste et de ses applications et par Sylvain Durand, maître de conférences à l’INSA de Strasbourg et spécialisé dans la commande événementielle. Vous aurez également de fortes interactions avec Renaud Kiefer, maître de conférences à l’INSA de Strasbourg et responsable du projet ainsi qu’avec les autres membres du projet. Date de démarrage: Octobre 2017

  • Lieu et dates

La thèse commencera fin 2017. Le travail se déroulera sur le campus d’Illkirch du laboratoire ICube et à l’INSA de Strasbourg localisé en centre-ville.

  • Candidature

Vous enverrez votre candidature par mail avant le 17 septembre 2017 à renaud.kiefer@insa-strasbourg.fr et laroche@unistra.fr sous la forme d’un fichier pdf unique intitulé ELCOD-PhD-NOM-PRENOM.pdf qui contiendra votre CV, votre lettre de motivation et vos relevés de notes des deux dernières années. Une lettre de recommandation et une liste de personnes en mesure de vous recommander sont les bienvenus.

  • Références
    • [AN06] P. Apkarian and D. Noll, « Nonsmooth H∞ synthesis », IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 51, no. 1, p. 71-86, Jan. 2006.
    • [MDG13] N. Marchand, S. Durand, J. Guerrero-Castellanos, « A General Formula for Event-Based Stabilization of Nonlinear Systems », IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 58, no 5, p. 1332-1337, 2013.
    • [FTL17] S. Fleischmann, S. Theodoulis, E. Laroche, E. Wallner, J-P. Harcaut, « Controller design point selection for linearized gain scheduling », American Control Conference, Seatle (WA), United States, mai 2017
    • [HLB14] H. Halalchi, E. Laroche, G. Bara, « Flexible-Link Robot Control Using a Linear Parameter Varying Systems Methodology », International Journal of Advanced Robotic Systems, p. 1-12, Volume 11, n° 46, mars 2014
    • [SLE08] F. Santoso, M. Liu and G. Egan, "H2 and H-infinity robust autopilot synthesis for longitudinal flight of a special unmanned aerial vehicle: a comparative study," IET Control Theory & Applications, vol. 2, no. 7, pp. 583-594, July 2008.
    • [VMP16] D. Vizer, G. Mercere, O. Prot, E. Laroche, « H-infinity-norm-based optimization for the determination of gray-box LTI state-space model parameters », Systems & Control Letters, Elsevier, p. 34-41, 2016

Conception et commande d’un dispositif robotique multi-effecteurs pour la manipulation magnétique

  • Contexte et objectifs

Ce projet de thèse est centré sur la conception et la commande de systèmes robotiques multi-effecteurs pour le pilotage de micro-robots nageurs. Il s’agit d’un travail réalisé conjointement entre MiNaRob, AS2M, FEMTO-ST, Besançon et AVR, ICube, Strasbourg.

Le travail de thèse proposé se place dans le cadre du projet de recherche collaboratif MULTIFLAG, supporté par l’Agence Nationale de Recherche, dans lequel sont associés ISIR (Paris), FEMTO-ST (Besançon) et ICube (Strasbourg). Le projet MULTIFLAG vise à développer une nouvelle génération de micro-robots pour des applications biomédicales, en milieu fluide tel que la moelle épinière, avec un pilotage par champ magnétique de ces dispositifs.

Disposer de micro-robots capables de se déplacer dans le corps humain sans lien mécanique avec l'extérieur peut représenter une formidable opportunité pour nombre de tâches dans le domaine biomédical. Pour des raisons énergétiques et de passage aux petites échelles, les solutions actuellement proposées dans la communauté robotique pour la manipulation magnétique sans contact en milieu fluide s’appuient sur des robots « nageurs », équipés dans la majorité des cas d’un flagelle unique, de forme curviligne ou hélicoïdale. ISIR et FEMTO-ST ont notamment démontré leur capacité à contrôler le déplacement de micro-robots de forme hélicoïdale en laboratoire. Les vitesses atteignables et la dextérité restent encore cependant perfectibles. En suivant une approche bio-inspirée, il doit être possible d’améliorer les performances de micro-robots nageurs en y intégrant plusieurs flagelles. C’est l’objectif global du projet MULTIFLAG. Le pilotage de micro-robots par un ensemble d’électro-aimants dont on contrôle les positions relatives et l’intensité du champ doit par ailleurs permettre d’augmenter la dextérité des micro-robots et l’efficacité de leur nage, ainsi que d'ouvrir la possibilité de piloter plusieurs micro-robots en même temps par un contrôle fin de la forme du champ magnétique. C’est l’approche originale adoptée dans le projet. Le travail de thèse proposé s’intéresse à la problématique de conception et de commande d’un système robotique permettant la reconfiguration de sources de champ magnétique. Il s’effectuera en parallèle de deux autres thèses dédiées d’une part à la conception des micro-robots nageurs multi-flagelles et d’autre part à la commande par champ magnétique de ces micro-robots. L’aspect collaboratif du travail sera donc important et une force dans ce projet. Les laboratoires directement impliqués dans la thèse proposée sont par ailleurs reconnus au niveau international en robotique pour le médical, et avec une expérience commune de recherche importante.

  • Descriptif détaillé

Les détails du sujet sont décrits dans le document disponible sur cette page

  • Mots clés

Robotique, conception mécatronique, commande, mécanismes de tenségrité

  • Profil recherché

Le profil requis est celui d’un.e étudiant.e en master 2 ou élève ingénieur.e en dernière année ayant une formation en mécatronique et robotique. Il (elle) doit être à l’aise sur l’utilisation de logiciels de CAO de type Solid-Works ou Catia. Il (elle) doit également maîtriser la programmation, C/C++ et Matlab afin de pouvoir simuler et commander le prototype.
 Il (elle) aura de bonnes capacités d’expression écrite en français et en anglais. Ouvert d’esprit, il (elle) sera amené.e à travailler en équipe et doit être capable de communiquer aisément. Écoute, dynamisme et persévérance seront des qualités indispensables pour mener un travail de recherche sur 3 ans.

  • Direction de thèse et conditions

Directeurs de thèse : Pierre Renaud (Professeur INSA), Nicolas Andreff (Professeur UBFC)

Date de démarrage: Octobre 2017

Lieu de la thèse: partagé entre ICube (Strasbourg) et FEMTO-ST (Besançon).

Financement sous forme d'un contrat doctoral financé par l'ANR.

  • Candidater

Les candidats devront envoyer une lettre de motivation, un CV et leur relevés de notes (M1 et M2 ou 4ème et 5ème années universitaires) sous forme de fichier unique en PDF aux adresses suivantes : nicolas.andreff@femto-st.fr et pierre.renaud@insa-strasbourg.fr

Calendrier : Date limite de candidature : 15 mai 2017

Fin des auditions des candidats : 15 juin 2017.