Manipulation Coopérative Aérienne : manipulations de pose complètes, des scénarios sans contact aux scénarios avec contact

Aerial Cooperative Manipulation : full pose manipulation in air and in interaction with the environment

• Auteur / Autrice : Dario Sanalitro
• Direction : Antonio Franchi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 08/04/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAAS - Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes / LAAS
• Jury : Président / Présidente : Juan Cortés
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antonio Franchi, Juan Cortés, Jacques Gangloff, Stéphane Caro, Ivana Palunko
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Gangloff, Stéphane Caro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction humain-machine

Robotique

Mots clés libres

Robotique

Contrôle

Autonome

Robotics

Control

Autonomous

Résumé

Les développements technologiques ont augmenté de façon exponentielle au cours du siècle dernier, avec un pic évident au cours des dernières décennies. Le besoin récent de développement d'un monde de plus en plus technologique, avec un regard tourné vers le domaine aérospatial, appelle un déploiement plus large de robots qui doivent se coordonner entre eux pour réaliser des tâches spécifiques et de plus en plus complexes. Par conséquent, au cours de la dernière décennie, le contrôle des systèmes multi-agents a attiré une attention considérable en raison de la grande variété de ses applications, y compris le transport et les manipulations d'objets.L'une des premières démonstrations réussies de manipulation coopérative aérienne est le transport et la manipulation par câble suspendu par plusieurs quadrotors ou hélicoptères. Suivant cette ligne, cette thèse tente, d'abord, d'apporter une contribution dans la perspective de modélisation, de conception et de contrôle de manipulateurs aériens multi-robots capables de transporter et de manipuler des objets à 6 degrés de liberté dans des scénarios réels prenant en compte et compensant pour la variété des incertitudes de modèle et dynamiques qui peuvent survenir.Une gamme raisonnable d'applications utiles peut bénéficier de telles approches : assemblage de structures dans le domaine de la construction, inspection par contact dans les raffineries et les ponts, transport et récolte dans l'agriculture, élimination des déchets humains non traités dans le cadre du nettoyage de l'environnement.Cependant, les stratégies de contrôle de mouvement, à elles seules, illustrent leurs insuffisances vis-à-vis des incertitudes et des erreurs qui peuvent survenir à la suite d'interactions avec l'environnement extérieur et/ou avec l'homme. Par conséquent, la deuxième contribution principale de cette thèse a été de concevoir des approches de contrôle qui pourraient être adoptées en interaction avec l'environnement d'une part et en collaboration avec l'homme d'autre part.

Technological developments have exponentially been increasing during the last century, with an evident peak in the last few decades. The recent need for the development of an increasingly technological world, with a look at aerospace, calls for wider deployment of robots that must coordinate with each other to achieve specific and more and more complex tasks. Therefore, during the last decade, control of multi-agent systems has gained a significant amount of attention due to the great variety of its applications, including transportation and full-pose object manipulations.One of the earliest successful demonstrations for aerial cooperative manipulation is the cable-suspended transportation and manipulation by multiple quadrotors or helicopters. Following this line, this thesis attempts to first provide a contribution in the modelling, design and control perspective of multi-robot aerial manipulators which are capable of transporting and manipulating objects in real scenarios taking into account and compensating for the variety of model and dynamical uncertainties which may arise.A reasonable range of useful applications can benefit from such approaches: structure assembly in the construction field, contact-based inspection in refineries and bridges, transportation and harvesting in agriculture, removing untreated human waste in environmental cleanup.However, motion control strategies, alone, illustrate their inadequacies with respect to uncertainties and errors which may arise as a result of interactions with the external environment and/or with humans. Therefore, the second main contribution of this thesis has been to conceive control approaches which could be adopted in interacting with the environment on one hand and collaborating with humans on the other hand.