Modèle formel et architecture décisionnelle

Le projet IWARD vise à développer une approche robotique capable de répondre dans un même temps à différents besoins logistiques en milieu hospitalier tel le nettoyage, le transport, le guidage, la téléconférence. Nous nous focalisons sur la couche « swarm/ team » (essaim / équipe) dont le but est d’optimiser l’utilisation de l’ensemble des robots pour répondre au mieux à différentes demandes en logistique et réagir à différentes perturbations. Ce chapitre présente un modèle formel du système robotique considéré. Ce modèle permet d’identifier les différents composants du système, leur caractéristiques, leur comportement statique et dynamique. Il permet aussi de caractériser les différentes activités/et missions demandées aux robots et leur exigences. Le modèle formel est décliné en deux sous-modèles : le modèle statique et le modèle dynamique. Le modèle statique représente les différents constituants du système ainsi que leurs caractéristiques statiques qui n’évoluent pas au cours du temps. Ce modèle statique permet donc de comprendre la constitution du système robotique que nous allons étudier dans cette thèse. Le modèle dynamique décrit les comportements dynamiques des différents composants du système et les données importantes ou variables d’état de ces constituants dont l’évolution influe fortement sur le comportement du système robotique. 

Modèle Statique 

Dans cette thèse, nous considérons un système composé de N robots de base et M fonctionnalités ou modules permettant d’avoir différentes configurations des robots. L’environnement hospitalier est considéré à travers des points de stationnement pour les robots et des points d’intérêt. Le modèle statique caractérise également les missions pouvant être confiées aux robots. Nous formulons par la suite les caractéristiques de ces composants de notre système robotique, nécessaires pour le pilotage et la coordination du système. 

Caractéristiques des robots

 Un robot de base que nous appelons simplement « robot » est une plate-forme de base sur laquelle tous les modules fonctionnels seront montés. Les principales caractéristiques de la plateforme de base sont : • L’identificateur unique de la base, qui est une façon de distinguer les différents robots. • La vitesse par défaut et la vitesse maximale du robot de base (Le projet IWARD a proposé une méthode issue de l’intelligence artificielle pour estimer la vitesse moyenne d’un robot, mais par manque de ressources cette méthode n’a pu être adoptée. • L’autonomie de la batterie (en kW) et la consommation d’énergie du robot de base dans les 2 états : en attente et en mission. • Le temps de recharge du robot. Exemple en XML : Modèle formel et architecture décisionnelle 34 Modèle formel et architecture décisionnelle . 

Fonctionnalités et Modules Une des

caractéristiques du projet IWARD est la modularité des robots : les différents modules peuvent être facilement branchés ou débranchés d’un robot. Chacun de ces modules fournit une ou plusieurs fonctionnalités comme le nettoyage de routine, le nettoyage des déversements, la surveillance de l’environnement, l’orientation des patients et le transport. Les caractéristiques principales de ces modules et qui doivent être prises en compte par le système robotique (essaim / groupe) sont: • L’identifiant unique de chaque module. • Le type ou la catégorie du module. • Les différentes fonctionnalités fournies par ce module. • La consommation d’énergie et l’autonomie d’alimentation (le cas particulier de l’autonomie du module de nettoyage doit être pris en compte) • L’influence sur la vitesse du robot. • La liste des modules ne pouvant pas être montés sur le même robot. • La procédure de montage et le degré de difficulté pour le montage et le démontage du module, précisant si la présence d’un technicien qualifié est nécessaire pour l’opération de montage. Exemple en XML : 2 2 1 50 500 Own Battery Yes Yes No 

Configurations 

La configuration d’un robot doit respecter les contraintes suivantes : • Le nombre maximal de modules pouvant être montés sur le robot. • La compatibilité des modules. Points de stationnement 35 En raison du petit nombre de modules possibles sur un robot (2 à 4), une énumération de toutes les configurations possibles semble être raisonnable. Exemple en XML : 3 2 5

Points de stationnement

Station de recharge et de configuration (C/R)

 La plupart des robots doivent être reconfigurés afin de répondre aux changements de demandes durant une journée. De même, l’autonomie limitée de la batterie d’un robot oblige un rechargement régulier de sa batterie, le rendant indisponible sur des périodes de rechargement relativement longues (plusieurs heures). Il est alors nécessaire de redistribuer les modules des robots qui se rechargent sur d’autres robots actifs. Cela motive le choix d’un même lieu pour la recharge et la configuration. Durant le projet, nous avons également envisagé l’utilisation de batteries amovibles, ce qui permettrait d’accroître le nombre de robots disponibles, puis ce qu’il il suffit de remplacer une batterie épuisée par une autre chargée. Les tests techniques avec les batteries amovibles n’étaient cependant pas concluants. La station de recharge et de reconfiguration (station C /R) est représentée par les données suivantes: • L’identifiant unique de la station C/R. (Généralement, il y a une seule station C/R par étage) • L’emplacement de la station (cordonnées x, y ou bien identifiant de l’emplacement) • Le nombre de chargeurs disponibles • Le nombre maximal de robots pouvant être hébergés dans une station donnée. Exemple en XML : 3 2 1 2 B- Station d’attente La station d’attente est l’endroit où les robots retournent après avoir terminé leurs tâches, dans l’attente de l’arrivée d’autres tâches. Une station d’attente peut être modélisée ou représentée à l’aide des données suivantes: 36 Modèle formel et architecture décisionnelle • L’identifiant unique de la station d’attente • L’emplacement de la station d’attente • La capacité maximale de stationnement ou le nombre maximal de robots pouvant y être stationnés Exemple en XML: 3 2 2 3.1.5. Points d’intérêt Les points d’intérêt sont des repères connus du système robotiques comme les chambres, les couloirs, la pharmacie, … Ils permettent d’identifier les lieux de missions, les positions et les trajectoires des robots. La formulation d’un point d’intérêt est décrite par les données suivantes: • Identification du point d’intérêt • Coordonnées X et Y du point • Nom formel du point d’intérêt • Nom du département ou du service auquel appartient le point d’intérêt Exemple possible en XML : 2 150 < POIyCoord>230 Pharmacy Home Station 1 – Pharmacy

Caractéristiques des missions

Le projet IWARD considère cinq familles ou types de missions: la livraison, le nettoyage, la téléconférence, la surveillance et le guidage des patients. Ces missions nécessitent des modules différents et donc une configuration adaptée aux missions des robots. Chaque type de mission peut être modélisé ou représenté en utilisant les données suivantes : • Identifiant du type de mission • Nom attribué à de ce type de mission • Liste des missions incompatibles pour les exécutions en parallèle • Description formelle des interruptions possibles aussi bien que les procédures de prise en charge de ces interruptions Exemple en xml d’une classe/ type de missions : Caractéristiques des missions  2 cleaning .Les robots doivent accomplir des missions demandées par le personnel hospitalier. Ces demandes peuvent être régulières comme pour les missions de nettoyage de routine ou imprévues comme une mission de nettoyage suite à un accident qui peut avoir lieu à n’importe quel moment de la journée. Dans cette thèse, une mission est caractérisée par les informations suivantes : • Identifiant unique de la mission • Type de mission • Fonctionnalités ou modules exigés • Lieu de départ et lieu de fin de mission • Date de début au plus tôt, date de début souhaitée et date de début au plus tard • Date de fin souhaitée et date de fin au plus tard • Priorité de la mission • Personnes à contacter en début et fin de mission • Durée estimée de la mission • Possibilité d’interruption et d’abandon de la mission • Trajectoire de la mission (chemin, points d’intérêt à visiter) • Mission mono-robot ou multi-robots .