Commande décentralisée et estimation d'un robot parallèle volant en interaction avec l'environnement

Decentralized Control and Estimation of a Flying Parallel Robot Interacting with the Environment

• Auteur / Autrice : Shiyu Liu
• Direction : Isabelle Fantoni-Coichot, Abdelhamid Chriette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Productique et Robotique
• Date : Soutenance le 29/11/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Andreff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Fantoni-Coichot, Abdelhamid Chriette, Nicolas Andreff, Tarek Hamel, Nicolas Marchand, Stéphane Caro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tarek Hamel, Nicolas Marchand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Drones

Robots -- Systèmes de commande

Robots -- Dynamique

Mots clés libres

Systèmes aériens

Mécanique et contrôle

Robot parallèle

Système multi-robots

Estimation basée sur la vision

Commande décentralisée

Manipulation aérienne

Aerial systems

Mechanics and control

Parallel robot

Multi-robot systems

Visionbased estimation

Decentralized control

Aerial manipulation

Résumé

La manipulation aérienne est un nouveau domaine où les drones multirotors sont équipés d'effecteurs pour la saisie, le transport et la manipulation des objets. Afin d'améliorer la capacité de charge et la manipulabilité dans l'espace 3D, un robot parallèle volant (FPR) a été proposé, dans lequel un certain nombre de drones sont utilisés pour soutenir collaborativement une architecture parallèle et passive.Dans cette thèse, les méthodes d'estimation et de contrôle considérant l'interaction avec l'environnement sont adressées et appliquées à un FPR spécifique composé d'une plateforme mobile et des jambes rigides attachées à des quadrirotors qui actionnent le système. La deuxième contribution de cette thèse est la proposition de stratégies décentralisées basées sur des mesures embarquées et intrinsèques des drones. Les expériences montrent l'efficacité des méthodes proposées pour la régulation de la configuration du robot, la réalisation des tâches de positionnement précis par téléopération et des interactions basées sur le contact. En outre, une analyse détaillée sur les torseurs admissibles du FPR est présentée, qui permet de calculer l'espace de torseur admissible (AWS) de la plateforme et de déterminer les configurations optimales des jambes maximisant la faisabilité de torseurs du robot en fonction des exigences spécifiques de la tâche.

Aerial manipulation is an emerging domain where multirotor Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are equipped with onboard end-effectors for grasping, transporting and manipulating objects. To enhance the payload capacity and achieve full manipulability in 3-dimensional space, a flying parallel robot (FPR) was previously proposed in which a number of UAVs are used to collectively support a passive parallel architecture. In this thesis, the estimation and control methods dealing with the interaction with the environment are addressed, which are applied to a specific FPR composed of a moving platform and a number of rigid legs attached with quadrotors actuating the system. The second main contribution of this thesis is the proposal of decentralized strategies based on onboard and intrinsic measurements of the UAVs. Experiments show the effectiveness of the proposed methods in regulating the robot configuration, achieving precise positioning tasks through teleoperation and performing contact-based interactions with an object in the environment. In addition, a detailed analysis of the wrench feasibility of the FPR is presented, allowing to compute the Available Wrench Set (AWS) of the platform and determine the optimal leg configurations maximising the wrench feasibility of the robot accordingly to specific task requirements.