Conception optimale et asservissement visuel d’un manipulateur aérien suspendu

Optimal design and visual servoing of a suspended aerial manipulator

• Auteur / Autrice : Miguel Arpa Perozo
• Direction : Jacques Gangloff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 23/11/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : François Chaumette
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Cuvillon, Gabriela Iuliana Bara
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Gouttefarde, Guillaume Allibert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robotique

Mots clés libres

Conception optimale

Commande à contre-réaction linéarisante

Espace des torseurs faisables

Analyse par intervalles

Asservissement visuel

UAV

Filtre de Kalman

Téléopération

Mosaïques

Design optimization

Feedback linearization

Wrench feasible workspace

Interval analysis

Visual-servoing

UAV

Kalman filter

Teleoperation

Tiling

Résumé

Un Manipulateur Aérien à Suspension Élastique (MASE) est un nouveau type de robot développé par notre équipe afin d’avoir un système simple, dextre, accessible, précis et avec un grand espace de travail. Les travaux précédents s’intéressent à la commande de robot MASE. Le but de cette thèse est de simplifier les systèmes MASE tout en minimisant les compromis. Un algorithme d’optimisation mécanique est proposé, puis utilisé pour fabriquer un nouveau MASE présentant de meilleures performances que l’ancien prototype. En outre, on explore le nombre minimal de capteurs nécessaires pour la commande d’un MASE à travers deux applications. D’abord, une méthode autonome de dépose de mosaïques utilisant uniquement un asservissement visuel basée image est proposée et validée en simulation. Ensuite, on s’intéresse au développement d’une méthode de télémanipulation avec une caméra tenue à la main et équipée d’une centrale inertielle. Cette méthode est validée expérimentalement.

An Aerial Manipulator with Elastic Suspension (AMES) is a novel type of robot developed in our team to have a simple, dexterous, low-cost, and accurate robot with a large workspace. Previous work focused on the control of AMES robots. The aim of this thesis is to develop ways of simplifying an AMES with the minimum of compromises. A mechanical optimization algorithm is proposed. The optimization results are used to build a new prototype, experimental results highlight theimprovements with respect to a previous sub-optimal prototype. Furthermore, the minimal set of sensors required to control an AMES is explored through two applications. First, a method forautonomous tiling relying solely on image-based visual servoing is proposed and validated in simulation. Second, the teleoperation of an AMES using a handheld camera equipped with an IMU is studied. The proposed teleoperation framework is validated experimentally.