Conception, Modélisation et Contrôle d'un Système Multi-Drones pour la Manipulation Aérienne

par Jose de jesus Castillo zamora

Projet de thèse en Automatique

Sous la direction de Islam Boussaada.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication , en partenariat avec Laboratoire des Signaux et Systèmes (laboratoire) , Systèmes (equipe de recherche) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-09-2018 .


  • Résumé

    Un sujet récent et passionnant dans le domaine des véhicules aériens autonomes est l'interaction avec l'environnement via des manipulations en vol (récupération, transport, placement). Un tel profil opérationnel révèle un potentiel énorme vis-à-vis des applications industrielles et de service. Cette nouvelle génération de robots aériens permet de disposer d'un actionneur robotique tridimensionnel capable d'exercer des efforts et / ou des couples sur des points spécifiques pour des opérations d'acquisition / déploiement, d'outillage ou de perchage. Des recherches antérieures ont été menées sur ce type de véhicules en ce qui concerne les stratégies de contrôle, la conception et la modélisation, le transport de charges à plusieurs drones, complétées par des stratégies de détection visuelle pour la navigation et la détection d'objets. L'objectif général de la thèse est de proposer une configuration innovante multi-drones permettant d'effectuer des tâches de manipulation (récupération / déploiement / transport) dans des environnements complexes via méthodes robotiques avancées. Deux approches complémentaires seront étudiées: 1. La première étape consistera à modéliser un nouveau système d'antenne interactif capable d'effectuer une manipulation collective en vol, où le resserrement définit la configuration du groupe de robots aériens. Un démonstrateur de démonstration de concept utilisant un mécanisme de saisie parallèle et conforme devrait être développé au cours de la thèse. De même, la proposition d'une conception de système d'amarrage interrone en vol est envisagée afin d'étudier de nouvelles stratégies de saisie et de transport multi-drones. 2. La deuxième phase de la thèse porte sur les aspects de contrôle, en particulier pour réaliser différentes formations avec le système à plusieurs drones proposé, ainsi que sur la dextérité de manipulation de la charge utile pendant les opérations de transport et de manipulation. De plus, de nouvelles stratégies de contrôle découlant de cette nouvelle configuration sont clairement attendues au cours de la thèse. Une phase expérimentale parallèle sera menée pour valider les différentes contributions à la thèse.

  • Titre traduit

    Design, Modeling and Control of a Multi-Drone System for Aerial Manipulation


  • Résumé

    A recent and exciting topic within the field of autonomous aerial vehicles is the interaction with the surrounding environment via in-flight manipulation (retrieving, transport, placing). Such operational profile unveils an enormous potential vis-a-vis industrial and service applications. This new generation of aerial robots allows to have three-dimensional robotic actuator capable of exerting forces and/or torques on specific point(s) for acquisition/deployment, tooling or perching operations. Previous research have been conducted on such kind of vehicles regarding the control strategies, the design and modeling, multi-drone load transportation complemented by visual sensing strategies for navigation and object detection. The general objective of the PhD is to propose an innovative multi-drone configuration meant to perform manipulation tasks (retrieving/deployment/transport) within complex environments via advanced robotics methods. Two complementary approaches will be investigated: 1. The first stage will consist in modeling a novel interactive aerial system capable of performing in-flight collective manipulation, where tightening define the configuration of the aerial robot array. A proof-of-concept demonstrator using a parallel and compliant grasping mechanism is expected to be developed during the PhD thesis. Likewise, the proposition of an interdrone in-flight docking system design is envisioned in order to investigate novel grasping and multi-drone transportation strategies. 2. The second phase of the thesis focuses on the control aspects especially to achieve different formations with the proposed multi-drone system as well as the manipulation dexterity of the payload during the transportation and manipulation operations. Moreover, novel control strategies arising from such novel configuration are clearly expected during the thesis. A parallel experimental stage will be conducted to validate the different thesis contributions.