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Soutenance de thèse de François LARROCHE (équipe SLP)

François Larroche, doctorant au sein de l’équipe SLP, soutiendra sa thèse intitulée « Optimisation d’un plan de production de produits périssables dans un contexte multi-ressources à capacité finie et avec des tailles de lot fixe » / « Optimization of a production plan for perishable products in a multi-resources context with finite capacity and fixed batch size »

lundi 13 décembre 2021, dans l’amphi George Besse sur le site IMT Atlantique.

Jury :
– Directeur de thèse : Odile BELLENGUEZ – Maître-assistant HDR, IMT Atlantique
– Co-encadrant : Guillaume MASSONNET – Maître-assistant, IMT Atlantique
– Rapporteurs : Nabil ABSI – Professeur, École des Mines de Saint-Étienne ; Nathalie SAUER – Professeur, Université de Lorraine
– Autres membres : Marie-Jo HUGUET – Professeur, INSA Toulouse ; Safia KEDAD-SIDHOUM Professeur, CNAM Paris

Résumé : La planification de la production est une étape importante dans de nombreux secteurs industriels. Définir la production pour répondre à la demande, s’assurer d’avoir un niveau de stock adéquat et maîtriser sa capacité de production sont des tâches complexes. L’utilisation d’outils mathématiques pour optimiser les prises de décision dans la planification de la production est donc totalement pertinent pour les industriels.
Dans cette thèse, nous nous intéressons à des problèmes de planification de la production dans le domaine de l’agroalimentaire rencontrés par VIF, une entreprise spécialisée dans la création de logiciel pour ce secteur. Nous nous concentrons sur la modélisation et la résolution du problème de lot-sizing sous
différentes contraintes : capacité finie, rupture sur la demande, séquence de production, machines parallèles, etc. Nous proposons plusieurs modélisations mathématiques et des heuristiques pour résoudre ce problème. La première heuristique se base sur une décomposition du problème en sous-problèmes résolus de façon itérative. Nous proposons ensuite un algorithme de pré-traitement basé sur une approche de regroupement pour diminuer la taille du problème. Finalement, nous proposons une approche de résolution en trois phases dans laquelle les décisions relatives à notre problème sont séparées et résolues indépendamment.

Mots-clés : Planification de la production, agroalimentaire, lot-sizing, programmation linéaire en nombres entiers, heuristique

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Abstract: Production planning is an important step in many industrial sectors. Defining production to meet demand, ensuring that the level of stock is adequate and controlling your production capacity are complex tasks. The use of mathematical tools to optimize decision-making in production planning is therefore totally relevant for planners. In this thesis, we focus on production planning problems in the food industry encountered by VIF, a company specializing in the creation of software for this sector. We focus on modeling and solving the lot-sizing problem with different constraints: finite capacity, lost sales, production sequence, parallel machines, etc. We propose different mathematical models and heuristics to solve this problem. The first heuristic is based on a decomposition of the problem into subproblems which are solved iteratively. We then propose a preprocessing algorithm based on a clustering approach to reduce the size of the problem. Finally, we propose a three-phase solution approach in which the decisions of our problem are separated and solved independently.

Keywords: Production planning, food industry, lot-sizing, mixed integer program, heuristic

Soutenance de thèse d’Anne KALOUGUINE (équipe ReV)

Anne Kalouguine, doctorante au sein de l’équipe ReV, soutiendra sa thèse intitulée « Marche inspirée de l’humain pour le robot Romeo » / « Human-inspired walking for the robot Romeo »
lundi 6 décembre 2021, en visio.

Jury :
– Directeur de thèse : Yannick AOUSTIN – Professeur des universités, Université de Nantes
– Co-directrice de thèse : Christine CHEVALLEREAU – Directrice de recherche CNRS, LS2N
– Co-encadrant : Sébastien DALIBARD – Ingénieur, SoftBank Robotics Europe
– Rapporteurs : Samer Alfayad – Professeur des universités, Université d’Evry ; Olivier Bruneau – Professeur des universités, ENS Cachan Paris-Saclay
– Autres membres : Olivier Stasse – Directeur de recherche CNRS, LAAS

Résumé : L’objectif de cette thèse est de développer une méthode de génération de mouvements de marche inspirés de l’humain et adaptés à la plateforme robotique Romeo. La marche recherchée reprend les caractéristiques essentielles de la marche humaine (trajectoire du centre de masse, mouvements du pied libre et des bras) tout en conservant un équilibre dynamique du robot. Une étude bibliographique des mouvements humains permet d’établir les caractéristiques essentielles de la marche qui doivent être conservées. Ces caractéristiques sont ensuite adaptées aux capacités de la plateforme robotique (limites en couple, position, vitesse et accélération des articulations). Un mouvement de marche périodique est généré grâce à l’utilisation du Modèle Essentiel et des caractéristiques définies précédemment. Ces mouvement de marche périodiques sont ensuite enrichis d’une phase de démarrage et d’une phase d’arrêt. La marche complète ainsi obtenue est testée en simulation et sur la plateforme physique.

Mots-clés : Modèle dynamique, Marche bipède, Imitation, Equilibre

Abstract: The objective of this thesis is to develop a method for generating various human inspired walking movements adapted to the Romeo robotic platform. The desired walking gait must retain the essential characteristics of human gait (trajectory of the centre of mass,foot and arm movements) while maintaining a dynamic balance of the robot. A bibliographical study of human movements is used to establish the essential characteristics of walking that are to be preserved. These characteristics are then adapted to the constraints of the robotic platform (limits in torque, position, speed and acceleration of the robot joints). A periodic gait motion is generated using the Essential Model and the previously defined characteristics. Finally, start and stop walking motions corresponding to the chosen periodic gait are generated. The resulting complete walking motion is tested in simulation and on the physical platform.

Keywords: Dynamical model, Bipedal walking, Imitation, Balance

Soutenance de thèse de Mona ABID (équipe IPI)

Mona Abid, doctorante au sein de l’équipe IPI, soutiendra sa thèse intitulée « Utilisation de l’attention visuelle sur les contenus 3D graphiques : De la modélisation à la mesure de la complexité attentionnelle et la prédiction de la préférence de vues » / « Visual attention on 3D graphical contents : From saliency modeling to attention complexity measures and viewpoint preference prediction »
mercredi 15 décembre 2021 à 13h30, dans l’Amphi 1 de l’IRESTE sur le site de Polytech.

Jury :
– Directeur de thèse : Patrick Le Callet – Professeur à l’université de Nantes
– Co-encadrant : Matthieu Perreira Da Silva – Maître de conférences à l’université de Nantes
– Rapporteurs : Giuseppe Valenzise – Chargé de Recherche, CNRS-HDR au L2S, Paris Saclay ; Lucile Sassatelli – Maîtresse de conférences, HDR à l’université Côte d’Azur
– Président : Guillaume Lavoué – Professeur des universités, Ecole Centrale de Lyon – ENISE
– Autres membres : Lina Karam – Professeure, Lebanese American University, Liban ; Giuseppe Valenzise – Chargé de Recherche, CNRS-HDR au L2S
– Invité : Isabelle Milleville – Chargée de Recherche, CNRS au LS2N

Résumé : L’attention visuelle est l’un des mécanismes les plus importants déployés par le système visuel humain pour réduire la quantité d’informations que le cerveau doit traiter. De plus en plus d’efforts ont été consacrés à l’étude de l’attention visuelle sur des images naturelles (image 2D). Cependant, peu de travaux ont été mené sur des contenus 3D, correspondant à des données plus complexes car elles incluent des informations sur la géométrie et les attributs d’apparence. C’est cette problématique de l’attention visuelle sur les contenus 3D qui a principalement guidé notre démarche pour ces travaux de thèse. Nos travaux sont principalement divisés en trois parties correspondants à trois niveaux conceptuels différents. La première partie de cette thèse correspond à un concept de bas niveau où nous proposons de prédire ce qui attire l’attention des individus lorsqu’ils observent des objets 3D en étudiant la validité des modèles et des hypothèses faites dans l’imagerie 2D. Ceci est très utile dans certains scénarios tels que le streaming interactif ou la visualisation des contenus 3D dans des applications de réalité virtuelle ou augmentée. La deuxième partie correspond à un concept de niveau intermédiaire où nous introduisons une mesure perceptuelle de la complexité de l’attentionelle qui est extraite à partir de l’information de la saillance. La mesure que nous proposons est utilisée dans l’évaluation de la qualité des contenus 3D ainsi que dans la caractérisation de ces contenus. La troisième partie traite un concept de plus haut niveau lié à la préférence de point de vue des objets graphiques 3D où nous montrons la pertinence d’un indicateur de complexité attentionelle, introduit dans la deuxième partie du manuscrit. Tout au long de la thèse, nous avons construit plusieurs bases de données d’objets 3D colorés et nous avons réalisé une série d’expériences subjectives pour différentes tâches, y compris des expériences de crowdsourcing comme alternatives aux expériences menées au laboratoire.

Mots-clés : Attention visuelle, contenus graphiques 3D, modélisation de la saillance, perception visuelle.

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Abstract: Visual attention is one of the most important mechanisms deployed in the human visual system to reduce the amount of information that brain needs to process. In fact, an increasing amount of efforts have been dedicated in the studies of visual attention on natural images (2Dstimuli). However, less attention was made for 3D scenes which corresponds to a more complex data as it including the geometry and the appearance attributes information. In this thesis, we present studies focusing on several aspects of the researchof visual saliency. Our works is mainly divided into three parts including low level concept, mid level concept and higher level concept. The first part of this thesis addresses the low-level concept where we propose to predict where humans look when gazing 3D graphical objects by investigating the validity of the models and the hypothesis made in 2D imaging to 3D contents. This is very useful in certain scenarios such as interactive streaming or visualization of these contents in virtual or augmented reality applications. The second part corresponds to a mid-level concept where we introduce a perceptual measure for visual attention complexity which is pooled from the saliency information. Our proposed measure can be used to boost 3D-based quality assessment metrics and also for 3D content characterization . The third part explores a higher level concept related to view-point preference of 3D graphical objects where we show the relevance of the visual attention complexity feature. Along the thesis, we constructed several databases of colorful graphical 3D objects and we carried out a series of subjective experiments for different tasks, including crowd sourcing experiments as an alternative to in lab experiments.

Keywords: Visual attention, 3D graphical contents, saliency modeling, visual perception, attention complexity prediction, 3D immersive media.

Soutenance de thèse de Benjamin FASQUELLE (équipe ReV)

Benjamin Fasquelle, doctorant au sein de l’équipe ReV, soutiendra sa thèse intitulée « Étude théorique et expérimentale d’architectures innovantes de robots inspirées du cou des oiseaux : conception et commande » / « Theoretical and experimental study of innovative robot architectures inspired by the neck of birds : design and control«

vendredi 10 décembre 2021 à 10h, dans l’amphi du bât. S, sur le site de Centrale Nantes.

https://univ-nantes-fr.zoom.us/j/97856509685?pwd=dHN5YWpaUFdqWGdmUmFzRTl3OXMxUT09
(ID de réunion : 978 5650 9685 / Code secret : 091340)

Jury :
– Directeur de thèse : Philippe Wenger
– Co-encadrant : Christine Chevallereau
– Rapporteurs : Philippe Poignet (Professeur des Universités, Université Montpellier, LIRMM); Jean-Pierre Merlet (Directeur de Recherche, INRIA, centre Sophia Antipolis)
– Autres membres : Anick Abourachid (Professeur, Muséum National d’Histoire Naturelle, Mecadev) ; Christian Duriez (Directeur de Recherche, Université de Lille, INRIA Lille); Matthieu Furet (Docteur, Professeur agrégé, Université Toulouse 3); Med Amine Laribi (Maître de Conférence, Université de Poitiers, Institut P’)

Résumé : Les systèmes biologiques représentent une grande source d’inspiration pour les roboticiens.
Les systèmes de tenségrité, composés d’éléments rigides et d’éléments en tension, sont particulièrement adaptés pour la bio-inspiration puisque l’on retrouve ces systèmes directement dans divers systèmes biologiques. Dans cette thèse, nous étudions un manipulateur inspiré du cou des oiseaux. Ce manipulateur est un empilement de modules qui possèdent chacun un degré de liberté. Chaque module est un mécanisme de tenségrité composé de quatre barres et deux ressorts. Le manipulateur est actionné à l’aide de câbles, ainsi tous les moteurs se situent à sa base. Le modèle géométrique et le modèle dynamique du manipulateur sont développés, puis une analyse de l’actionnement et de l’espace de travail statique du manipulateur est menée. Un actionnement avec quatre câbles est sélectionné pour un prototype composé de trois modules. Ce prototype n’a pas de mesure directe des orientations des modules, deux méthodes pour calculer ces orientations en fonction des positions moteurs sont donc proposées. Une identification des frottements moteurs et de l’élasticité des câbles est menée afin d’améliorer les performances de la commande du prototype, et d’avoir un simulateur efficace. Trois commandes sont développées et testées sur le prototype : une commande articulaire, une commande dans l’espace des moteurs et une commande dans l’espace opérationnel. Des trajectoires sont ensuite optimisées dans le but de produire des mouvements en minimisant les forces appliquées ou de produire des mouvements à grande vitesse, comme peut le faire le pic lorsqu’il frappe un tronc d’arbre avec son bec. La thèse se termine sur une ouverture vers un manipulateur sous-actionné constitué d’une dizaine de modules.

Mots-clés : tenségrité, bio-inspiration, robotique, robot à câbles, commande

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Abstract: Biological systems are a great source of inspiration for roboticists. Tensegrity systems, composed of rigid and tensile elements, are particularly suitable for bio-inspiration since these systems are found directly in various biological systems. In this thesis, we study a manipulator inspired by the neck of birds. This manipulator is a stack of modules that each have one degree of freedom. Each module is a tensegrity mechanism composed of four bars and two springs. The manipulator is operated by cables, so all the motors are located at its base. The geometric model and the dynamic model of the manipulator are developed, then an analysis of the actuation and the static workspace of the manipulator is conducted. An actuation with four cables is selected for a prototype composed of three modules. This prototype has no direct measurement of the modules orientations, so two methods to calculate these orientations according to the motor positions are proposed. An identification of the motor friction and the elasticity of the
cables is carried out in order to improve the performances of the prototype control, and to have an effective simulator. Three controls are developed and tested on the prototype : a joint control, a control in the space of the motors and a control in the operational area. Trajectories are then optimized in order to produce movements by minimizing the applied forces or to produce high speed movements, as the woodpecker can do when it hits a tree trunk with its beak. The thesis ends with an opening towards an underactuated manipulator made of about ten modules.

Keywords: tensegrity, bio-inspiration, robotics, cable robot, control

Soutenance de thèse d’Alexis BITAILLOU (équipe RIO)

Alexis Bitaillou, doctorant au sein de l’équipe RIO soutiendra sa thèse intitulée « Réseaux cognitifs sans fil pour des applications industrielles 4.0 » / « Cognitive networks for Industrie 4.0 applications »
lundi 15 novembre 2021 à 14h, à Polytech Nantes, bâtiment Ireste, Amphi 1.

Jury :
– Directeur de thèse : Benoît PARREIN
– Co-encadrant : Guillaume ANDRIEUX, Maître de Conférence HDR, Université de Nantes
– Rapporteurs : Fabrice THEOLEYRE, Chargé de recherche CNRS, CNRS/Université de Strasbourg ; Fabrice VALLOIS Professeur des universités, INSA Lyon
– Autres membres : Nathalie MITTON, Directeur de recherche, INRIA Lille-Nord Europe ; Nicolas MONTAVONT, Professeur de l’Ecole des Mines, IMT Atlantique
– Invité : Dominique BARTHEL, Principal Research Engineer, Orange Labs Grenoble

Résumé : Dans le contexte de l’industrie du futur, les réseaux cognitifs sont une solution pour améliorer la fiabilité des réseaux informatiques et industriels. Ils sont capables d’optimiser automatiquement les différents paramètres protocolaires afin d’accomplir un ou plusieurs objectifs de qualité de service. Très peu de réseaux cognitifs ont été implémentés en totalité. La plupart des auteurs ont préféré se concentrer sur l’amélioration d’une fonctionnalité comme le routage. Dans cette thèse,nous suivons cette approche en proposant d’évaluer et d’améliorer l’algorithme Q-routing,algorithme de routage conçu par Boyan et Litt-man en 1994 et inspiré de Q-learning. Nous proposons une implémentation de Q-routing et des améliorations pour résoudre deux problèmes : les optimums locaux causés par la stratégie gloutonne de Q-routing et l’estimation du délai. Les optimums locaux privent Q-routing des routes ayant été congestionnées même momentanément. Pour résoudre ce problème, nous proposons deux approches inspirées des travaux sur l’apprentissage par renforcement. Par ailleurs, la qualité de l’estimation du délai est importante car elle est utilisée pour calculer la métrique de routage.Nous proposons d’utiliser une méthode de filtrage afin d’améliorer la qualité de l’estimation du délai de transmission. Nous évaluons notre implémentation et nos améliorations sur le simulateur réseau Qualnet incluant des topologies sans-fil et dans des scénarios avec mobilité. Nous montrons que Q-routing peut livrer plus de paquets et plus rapidement que le protocole de routage standardisé OLSRv2.

Mots-clés : Réseaux cognitifs, Industrie 4.0, Q-routing, apprentissage par renforcement

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Abstract:
In the context of industry of the future, cognitive networks can help to increase robustness of computer and industrial networks. These networks are able to optimize automatically the different protocol parameters in order to perform one or more quality of service objectives. Unfortunately, cognitive networks have been rarely totally imple-mented. Most of the authors preferred improving only one functionality such as routing. In this PhD thesis, we follow this line by evaluating and improving Q-routing, a routing algorithm inspired by Q-learning and designed by Boyan and Littman in 1994. We propose an implementation of Q-routing and some improvements to solve two problems: local o-timums due to the greedy strategy and the quality of delay measure. When a brief congestion happens on a route, this route can be never reused because of the greedy strategy.We propose two solutions inspired from reinforcement learning to solve local optimums problem. Otherwise, the quality of the estimation delay is also important. As Q-routing uses delay to compute routing metric, noisy measurements can let Q-routing doing the wrong choice. We propose to use filtering to improve the estimation of delay. We evaluate Q-routing and its modifications on discrete event network simulator Qualnet on several scenarios including wireless topologies and mobility.We show that our implementation can deliver more packets and faster than the standardized routing protocol OLSRv2.

Keywords: Cognitive networks, Industrie 4.0, Q-routing, reinforcement learning

Soutenance de thèse de Grégoire BONIN (équipe GDD)

Grégoire Bonin, doctorant au sein de l’équipe GDD, soutiendra sa thèse intitulée « Structures de Données pour environnements distribués à grande échelle » / « Data Structures for Large Scale Distributed Environments »

mercredi 17 novembre 2021 à 14h30, dans l’amphi du bâtiment 34, sur le site de l’UFR Sciences et Techniques.

Jury :
– Directeur de thèse : Achour Mostéfaoui – Professeur, Université de Nantes
– Co-encadrant : Matthieu Perrin – Maître de conférences, Université de Nantes
– Rapporteurs : Bernadette Charron-Bost – Directrice de recherche CNRS, LIX, Ecole Normale Supérieure ; Stéphane Devismes – Professeur, Université de Picardie Jules Verne
– Examinateurs : François Taiani – Professeur, Université de Rennes 1 ; Corentin Travers – Maître de conférences, Labri/ENSEIRB Bordeaux

Résumé : Dans les systèmes tels que les Foglets utilisés dans le projet O’Browser, ou les systèmes multi-thread modernes, de nouveaux processus peuvent arriver au cours de l’exécution : nous appelons cela les systèmes ouverts. Cela nous amène à étudier la puissance de synchronisation des objets distribués, et plus particulièrement la faisabilité des constructions universelles, sous cette nouvelle hypothèse. Cette thèse présente les résultats obtenus sur l’universalité du consensus et l’ex-tension de la hiérarchie wait-free de Herlihy dans les systèmes ouverts, ainsi qu’une étude de complexité et une solution sur les constructions universelles faiblement cohérentes

Mots-clés : Systèmes distribués, Systèmes ouverts, Constructions universelles, Mémoire partagée, Systèmes par passage de message

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Abstract: In systems such as Foglets used in the O’Browser project, or modern multithreaded systems, new processes can join during an execution: we call these open sys-tems. This leads us to study the power of synchronization of distributed objects, and more particularly the feasibility of universal constructions, under this new hypothesis. This thesis presents the results obtained on the universality of consensus and the extension of the wait-free hierarchy in open systems, as well as a study of complexity and a solution on weakly consistent universal constructions.

Keywords: Distributed Systems, Arrival Models, Universal Constructions, Shared Memory,Message Passing Systems

Soutenance de thèse de Wanda ZHAO (équipe ReV)

Wanda Zhao, doctorant au sein de l’équipe ReV, soutiendra sa thèse intitulée « Conception d’un effecteur pour robots collaboratifs« / « Design of robot end-effector for collaborative robot works »
vendredi 2 décembre 2021 à 10h, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :
– Directeur de thèse : Damien CHABLAT (Professeur, LS2N, ECN )
– Co-encadrant : Anatol PASHKEVICH (Professeur, LS2N, IMT Atlantique)
– Rapporteurs : Marc GOUTTEFARDE (LIRMM, CNRS, Montpellier) ; David DANEY (INRIA, Talence)
– Examinateurs : Christian DURIEZ (INRIA, Villeneuve d’Ascq) ; Emmanuelle POUYDEBAT (MECADEV, CNRS, Paris) ; Margot VULLIEZ (Pprime, Université de Poitiers)

Résumé :
L’objectif de cette thèse est la conception de nouveaux effecteurs polyvalents et souples pour les robots collaboratifs, qui sont basés sur des mécanismes de tenségrité multi-segments à double-triangle qui peuvent être actionnés indépendamment pour obtenir la configuration désirée avec de bonne propriétés de rigidité. Contrairement aux effecteurs rigides conventionnels, l’analyse de la rigidité a démontré que ce type de mécanisme peut atteindre une grande flexibilité ; les concepteurs peuvent évaluer la sensibilité de la rigidité de ce mécanisme par rapport à une configuration initiale arbitraire pour différentes combinaisons de paramètres géométriques, de charge externes et de précontraintes des ressorts. Le phénomène de flambage et de quasi-flambage de ce mécanisme sous chargements a été étudié. Une méthode analytique permettant de calculer la force critique de flambage pour cette structure avec un nombre arbitraire de segments a été proposée. Elle est basée sur l’analyse des valeurs propres d’une matrice dépendant des paramètres géométriques et élastostatiques. Cela permet aux concepteurs de prédire ou d’éviter les états dangereux de ce mécanisme en modifiant correctement les paramètres géométriques et les entrées de la commande. De plus, les stratégies de contrôle cinématique basées sur l’optimisation ont été proposées dans cette thèse, ce qui permet à ce mécanisme multi-segment redondant d’atteindre l’emplacement d’une cible et d’éviter les collisions entre l’effecteur et le corps du robot et les obstacles de l’espace de travail. Les avantages de la technique développée sont confirmés par la simulation informatique, et les résultats montrent que ce mécanisme redondant en série a une capacité de changement de forme très flexible tout en traversant l’espace de travail.

Mots-clés : Effecteur de robot, robot souple, mécanisme de tenségrité, analyse de la rigidité, contrôle cinématique.

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Abstract:
This thesis focuses on the design of new versatile and compliant end-effectors for collaborative robot works, which are based on multi-segment dual-triangle tensegrity mechanisms that can be actuated independently to achieve the desired configuration with the required stiffness properties. Different with the conventional rigid robot end-effectors, it was demonstrated from the stiffness analysis that such type of mechanism can achieve high flexibility; designers can evaluate the stiffness sensitivity of this mechanism with respect to an arbitrary initial configuration for different combination of the geometric parameters, external loading and the spring’s pre-stresses. Besides, the buckling and quasi-buckling phenomenon of this serial mechanism under the loading were detected. And an analytical method allowing to compute the critical force causing the buckling for this serial structure with an arbitrary number of segments was proposed, which is based on the eigenvalue analysis of the some special matrix depending on both geometric and elastostatic parameters. This allows designers to predict or avoid the dangerous states of this mechanism by properly changing the geometric parameters and control inputs. Furthermore, the optimization-based kinematic control strategies were proposed in this thesis, which allow this redundant multi-segment mechanism to achieve the target endpoint location and avoid collisions between not only the mechanism end-point but also the mechanism body and the workspace obstacles. The advantages of the developed technique are confirmed via the computing simulation, and the results show that this redundant serial mechanism has a very flexible shape changing capacity while passing through the task space.

Keywords: robot end-effector, compliant manipulator, tensegrity mechanism, stiffness analysis, kinematic control.

Soutenance d’HDR de Mathieu RITOU (équipe RoMaS)

Mathieu Ritou, maître de conférences de l’Université de Nantes et enseignant-chercheur au sein de l’équipe RoMaS du LS2N, soutiendra son habilitation à diriger des recherches intitulée « Contribution au Smart Manufacturing : application en usinage »

mardi 28 septembre 2021 à 14h, depuis l’amphi A-1/10 de l’IUT la Fleuriaye, à Carquefou.

La soutenance sera retransmise à l’adresse suivante : https://univ-nantes-fr.zoom.us/j/98472137577

Composition du jury :
– Benoit Iung, Rapporteur, Professeur des Universités, Université de Lorraine – CRAN
– Henri Paris, Rapporteur, Professeur des Universités, Université Grenoble Alpes – GSCOP
– Christophe Tournier, Rapporteur, Professeur des Universités, ENS Paris Saclay – LURPA
– Alain Bernard, Examinateur, Professeur des Universités, Centrale Nantes – LS2N
– Hélène Chanal, Examinatrice, Maître de conférences HDR, SIGMA Clermont – Institut Pascal
– René Mayer, Examinateur, Professeur, École Polytechnique de Montréal – LRFV, Canada
– Benoit Furet, Dir. de recherche, Professeur des Universités, Universités de Nantes – LS2N
– Virginie Charbonnier, Invitée, Responsable projets R&T usinage, Airbus Operations

Résumé :
Dans les usines modernes, d’importants volumes de données sont générés durant la production, mais ils restent souvent inexploités. La fabrication intelligente, ou Smart Manufacturing, vise ainsi à exploiter ces données captées pendant le processus de fabrication. Il s’agit là d’un levier majeur de l’Usine du Futur, pour améliorer la performance des entreprises.
Nous avons été parmi les précurseurs du développement du monitoring en usinage et de la collecte de données en temps réel lors de productions dans l’industrie. Les données étant complexes, il a été nécessaire de développer des méthodes de fouilles de données adaptées aux spécificités des procédés de fabrication. Par rapport aux approches classiques d’extraction de connaissances à partir des données, une originalité développée a été d’intégrer également des connaissances métier dans ce processus d’analyse des données afin de l’améliorer. La combinaison d’Intelligence Artificielle et de connaissances en fabrication est une solution innovante et prometteuse. L’approche proposée associe ainsi l’intégration de connaissances en fabrication (par des critères de monitoring basés sur des modèles mécaniques et des règles métier) et des apprentissages non-supervisés (par modèles de mélange gaussien).
Il en résulte un système d’aide à la décision, permettant de fouiller automatiquement les données complexes et massives qui sont collectées lors d’usinages industriels, et de transmettre des KPI répondant spécifiquement aux besoins des différents services de l’entreprise (méthodes, qualité, maintenance…).
Par ailleurs, en usinage à grande vitesse, de nombreux défauts sur les pièces résultent de problèmes vibratoires. Aussi, une approche complémentaire par simulations numériques a été développée pour une meilleure maîtrise du comportement vibratoire en usinage. Afin d’expliquer l’évolution complexe des modes à hautes vitesses de rotation, un modèle vibratoire de broche a été proposé suivant une approche phénoménologique fine. Il repose notamment sur des modèles analytiques de montages de roulements préchargés, ainsi que sur le développement d’un excitateur électromagnétique de broche qui a permis d’observer l’évolution du comportement vibratoire en fonction des conditions opératoires, telles que la vitesse de rotation ou l’usure de la broche.
Ces travaux interdisciplinaires sur le Smart Manufacturing contribuent ainsi au développement des technologies de l’Usine du Futur. L’exploitation des données collectées en cours de fabrication et les apprentissages automatiques sont des éléments clé de jumeaux numériques. Ils permettront une meilleure maîtrise de la qualité et une amélioration du processus de fabrication, grâce à des machines intelligentes et connectées.

Soutenance de thèse de Zhiping WANG (équipe IS3P)

Zhiping WANG, doctorant au sein de l’équipe IS3P, soutiendra sa thèse intitulée « Méthodes de conception générative constructive pour la fabrication additive qualifiée » / « Constructive generative design methods for qualified additive manufacturing »

mercredi 6 octobre 2021 à 9h30, dans l’amphi du bât. S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :
– Directeur de thèse : Alain BERNARD (Professeur d’université, LS2N, Ecole Centrale de Nantes)
– Co-encadrant : Yicha ZHANG (MCF (HDR), ICB-COMM, UTBM)
– Rapporteurs : Daniel BRISSAUD (Professeur d’université, GSCOP, Université Grenoble Alpes) ; James GAO (Professeur d’université, University of Greenwich)
– Autres membres : Grégoire ALLAIRE (Professeur d’université, Ecole Polytechnique) ; Charlie C. L. WANG (Professeur, The University of Manchester) ; Stefania BRUSCHI (Professeur, University of Padova) ; Nabil ANWER (Professeur – École Normale Supérieure Paris-Saclay) ; Olaf DIEGEL (Professeur, The University of Auckland)

Résumé : Ce travail de thèse propose un ensemble de nouvelles méthodes de conception générative constructive : 1. Méthode de conception générative constructive basée sur des modèles pour optimiser la conception de la structure de supports ; 2. Méthode de conception générative basée sur un modèle CSG pour assurer la fabricabilité dans l’optimisation de la topologie de la structure allégée et 3. Conception constructive inversée basée sur les « parcours d’outils » pour obtenir directement des modèles de traitement de structures poreuses ou de réseaux complexes correspondants avec des « parcours d’outils » d’impression qualifiés. Les trois méthodes proposées intègrent les contraintes de processus de FA, réalisent un contrôle paramétrique et économisent des coûts de calcul dans le processus de conception pour obtenir un ensemble de solutions de conception candidates avec une fabrication garantie. Un ensemble d’études comparatives avec les méthodes DfAM existantes et quelques études de cas expérimentaux dans des applications médicales ont démontré les avantages des méthodes proposées. Ces méthodes constructives peuvent avoir un grand potentiel d’application pour être adoptées comme outils de conception et de prise de décision pour d’autres applications industrielles lorsqu’un DfAM qualifié est requis.

Mots-clés : Conception pour la FA ; manufacturabilité ; conception générative ; conception constructive ; système basé sur la connaissance

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Abstract: This research developed a set of new constructive generative design methods: 1. Pattern-based constructive generative design method to optimize support structure design; 2. CSG-based generative design method to ensure manufacturability in lightweight topology optimization and 3. Toolpath-based inversed constructive design to directly obtain processing models of corresponding complex lattice or porous structures with qualified printing toolpaths. The three proposed methods can well embed AM process constraints, realize parametric control and save computation cost in design process to obtain a set of candidate design solutions with ensured manufacturability. A set of comparison studies with existing DfAM methods and a couple of experiment case studies in medical applications demonstrated the methods’ advantages. These constructive methods may have large application potential to be adopted as design and decision making tools for other industrial applications when qualified DfAM is required.

Keywords: Design for AM; manufacturability; generative design; constructive design; knowledge-based system

Soutenance de thèse de Nans LAROCHE (équipe SIMS)

Nans Laroche, doctorant au sein de l‘équipe SIMS, soutiendra sa thèse intitulée « Méthodes d’imagerie ultrasonore avancées et rapides pour le contrôle non destructif de matériaux atténuants et diffusants » / « Fast and advanced ultrasonic imaging methods for non destructive testing of attenuative and diffusive materials »

lundi 18 octobre 2021 à 14h15, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Le manuscrit est accessible ici: https://box.ec-nantes.fr/index.php/s/g7YEzZKcn8KxMPp

Jury :
– Directeur de thèse : Jérôme IDIER
– Co-encadrants : Sébastien BOURGUIGNON (maître de conférence); Aroune DUCLOS (maître de conférence, Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Mans);
– Rapporteurs : Nicolas QUAEGEBEUR (Professeur, Université de Sherbrooke) ; Jean-Philippe THIRAN (Professeur, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne).
– Autres membres : Ewen CARCREFF (docteur, encadrant industriel, DB-SAS)

Résumé : Le développement de sondes multiéléments et les progrès continus en électronique ont favorisé l’émergence des méthodes d’imagerie ultrasonore pour le contrôle non-destructif (CND). En particulier, les approches linéaires de type formation de voies sont largement utilisées pour leur simplicité et leur rapidité, rendant possible l’imagerie en temps réel. Néanmoins, la résolution et le contraste des images reconstruites sont limités par la nature oscillante de l’onde ultrasonore.
Cette thèse aborde l’imagerie ultrasonore sous l’angle des problèmes inverses. La reconstruction de l’image de réflectivité à partir de mesures ultrasonores, dont l’information est limitée par la bande passante des transducteurs, est un problème inverse mal posé. Dans ces travaux, nous adoptons des techniques d’inversion par régularisation favorisant la reconstruction de solutions à la fois parcimonieuses et lisses spatialement, i.e. d’extension spatiale limitée. Nous cherchons ainsi à reconstruire une carte de réflectivité d’un milieu globalement sain, ne contenant éventuellement que quelques réflecteurs de petite taille. Une première contribution décrit la mise en œuvre et l’inversion d’un modèle linéaire reliant les données brutes de grande taille à la réflectivité du milieu, via un opérateur contenant les formes d’ondes ultrasonores. Un deuxième axe est basé sur la projection du modèle de données ultrasonores dans l’espace image via une technique de formation de voies. L’inversion du modèle résultant, de plus petite taille, est alors interprétée comme un problème de déconvolution à réponse impulsionnelle variable spatialement et à bruit coloré.
Un modèle interpolateur est proposé, permettant une inversion rapide. Un dernier axe de travail adapte ces méthodes à des milieux ayant des propriétés acoustiques complexes telles que l’atténuation fréquentielle et la dispersion, pour lesquels l’onde acoustique se déforme lors de sa propagation.
Les méthodes proposées sont évaluées sur des données synthétiques et appliquées à des exemples concrets de CND. Un pouvoir de résolution bien supérieur aux méthodes standard est obtenu, au prix d’une complexité calculatoire plus élevée.

Mots-clés : contrôle non-destructif, imagerie ultrasonore, problèmes inverses, focalisation en tout point, parcimonie

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Abstract: The development of multi-element probes and continuous progress in electronics have favored the generalization of ultrasonic imaging methods for non destructive testing (NDT). In particular, the total focusing method is widely used due to its simplicity and real-time capability. Nevertheless, the resolution and contrast of the resulting images are limited due to the oscillating nature of the ultrasonic wave.
This work addresses ultrasonic imaging from an inverse problem perspective. Retrieving the reflectivity map from ultrasonic measurements acquired with band-limited transducers is an ill-posed problem. In this work, we develop inversion methods based on a regularization framework that enhances both the sparsity and the spatial smoothness of the reconstructed solution. Therefore, we assume that the reflectivity map is mainly homogeneous and possibly contains only few reflectors of small size. A first contribution describes the implementation and the inversion of a linear model that relates the raw, large-size, ultrasonic data to the reflectivity image, through a matrix containing the ultrasonic waveforms. A second contribution consists in projecting the previous model involving raw ultrasonic data in the space domain through a linear beamforming method. The size of the resulting model is therefore reduced, and its inversion can be interpreted as a deconvolution problem with a non stationary point spread function and colored noise. We hence propose an interpolation model in order to obtain a computationally efficient method. Finally, the last part of this work consists in applying the proposed methods to media with complex acoustic properties, such as frequency attenuation and dispersion, where the ultrasonic waveform is distorted during propagation.
These algorithms are applied to synthetic data and practical NDT cases and show superior resolving capabilities compared to standard methods, at the cost of higher computational complexity.

Keywords: non destructive testing, ultrasonic imaging, inverse problems, total focusing method, sparsity

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