Thèse soutenue

Vol stationnaire et suivi de trajectoire d'un quadri-rotor basés sur la vision
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Auteur / Autrice : Luis Rodolfo Garcia Carrillo
Direction : Rogelio Lozano-LealClaude Pégard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Technologies de l'information et des systèmes
Date : Soutenance en 2011
Etablissement(s) : Compiègne

Résumé

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Ce travail de recherche porte sur la conception et la mise en œuvre de lois de commande originales et robustes, permettant le vol stationnaires et navigation automatique d’un mini hélicoptère robotique de type quadri-rotor. Le véhicule est guide par un système de vision et une combinaison de capteurs inertiels et d’altitude, ce qui permet une localisation relative du drone par rapport à son environnement. L’idée principale de l’utilisation de ce genre de système de détection est de permettre à la plate-forme robotique de pouvoir exécuter des taches autonomes dans les environnements a l’intérieur comme a l’extérieur. Le développement d’un démonstrateur expérimental temps réel est présenté, celui-ci est composé d’un véhicule quadri-rotor et d’une station de supervision au sol, ou les programmes de traitement d’images et de contrôle sont exécutés. Une stratégie de commande pour améliorer la stabilisation de l’attitude du quadri-rotor est proposée et validée à partir d’expériences en temps réel. Cette technique utilise des composants a faible cout et une boucle de commande supplémentaire, basée sur la réalimentation du courant induit des moteurs. Deux stratégies basées sur la vision par ordinateur sont introduites, lesquelles permettent au vehicule de se localiser sur des mires artificielles positionnées au sol. Les informations visuelles en combinaison avec une stratégie de commande permettent de stabiliser la position tridimensionnelle du quadri-rotor dans des expériences en temps réel. Une comparaison de lois de commande non linéaires est présentée, avec l’objectif d’évaluer expérimentalement quelle est la stratégie la plus efficace pour stabiliser le quadri-rotor lors de l’utilisation d’un retour d’état base vision. Pour estimer la dynamique de déplacement du quadri-rotor, les informations visuelle, inertielle et du capteur d’altitude sont combines dans un observateur d’état. Ce système de détection permet au véhicule d’estimer sa position relative et sa vitesse de déplacement pendant une évolution dans environnements non structurées, à l’intérieur, hors des signaux GPS. Trois observateurs d’état différents sont compares lors d’expériences en temps réel, pour obtenir l’approche la plus efficace qui permet de combiner l’information visuelle et les capteurs inertiels. Chaque observateur d’état est testé en temps réel, les états estimés sont évalués en utilisant une stratégie de commande pour la stabilisation de la position du véhicule en vol.