Transport coopératif d'objets avec un système multi-robots

Cooperative transportation with a multi-robot system

• Auteur / Autrice : Konstantinos Skantzikas
• Direction : Nicolas Marchand
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique - Productique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images Parole Signal Automatique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : COPERNIC

Mots clés

Mots clés libres

Commande coopérative

Estimation distribuée

Implémentation temps réel

Drones

Systèmes multi-robots

UAVs

Multi-robot systems

Distributed estimation

Real-time implementation

Cooperative control

Résumé

L'interaction physique entre un robot et l'environnement est un sujet qui a attiré l'attention de la communauté robotique ces dernières années, principalement dans le cas des robots manipulateurs. Cependant, ces interactions dans le cas de multiples robots mobiles autonomes en contact avec le même objet ont commencé à être étudiées très récemment. La manipulation coopérative est une thématique encore ouverte présentant de nombreux défis scientifiques et techniques à étudier. Les challenges à relever sont multidisciplinaires, en commençant par la conception mécatronique du dispositif qui interagit physiquement avec l'objet à manipuler, la modélisation du robot et ses interactions, le traitement des données du capteur mesurant ces interactions, l'estimation de la position de l'objet et de l'état du système complet, le contrôle de chaque robot pour atteindre l'objectif global et la coordination pour naviguer dans un environnement complexe. Cette thèse porte sur le transport coopératif d'un objet avec un groupe de robots mobiles, notamment des drones volants autonomes. Le but est de développer des algorithmes distribués et implémentables sur des robots réels pour la commande d'une formation, ainsi que l'étude de nouvelles stratégies pour accomplir la mission de cooportage d'objets. Le cas d'étude proposé aligne l'étude théorique et le développement mathématique de nouveaux algorithmes de coordination multi-robot, commande non-linéaire et commande distribuée basée en consensus ainsi que l'implémentation en temps réel des stratégies de contrôle et d'estimation avec un groupe de robots aériens transportant un objet avec des câbles. Les objectifs de cette thèse peuvent se diviser en trois axes : • La modélisation de l'interaction physique entre le robot aérien et l'objet transporté avec un câble • La commande coopérative d'un groupe de drones pour transporter un objet • L'implémentation en temps réel des stratégies de contrôle et de coordination avec un groupe de drones

The physical interaction between a robot and the environment is a topic that has attracted the attention of the robotics community in recent years, mainly in the case of manipulator robots. However, the physical interactions in the case of multiple autonomous mobile robots in contact with the same object have started to be studied very recently. Cooperative manipulation is still an open topic with many scientific and technical challenges to be studied. The challenges are multidisciplinary, starting with the mechatronic design of the device that physically interacts with the object to be manipulated, the modeling of the robot and its interactions, the processing of the sensor data measuring these interactions, the estimation of the object's position and the state of the whole system, the control of each robot to reach the global goal and the coordination to navigate in a complex environment. This thesis focuses on the cooperative transport of an object with a group of mobile robots, in particular UAVs (unmaned autonomous vehicles). The goal is to develop distributed algorithms that can be implemented on real robots for the control of a formation, as well as the study of new strategies for accomplishing the mission of collective transportation. The proposed case study combines the theoretical study and mathematical development of new algorithms for multi-robot coordination, non-linear control and consensus-based distributed algorithms, as well as real-time implementation of control and estimation strategies with a group of aerial robots transporting an object with cables. The objectives of this thesis can be divided into three axes: - Modeling of the physical interaction between the aerial robot and the object transported with a cable - Cooperative control of a group of drones transporting a load - Real-time implementation of the developed control and coordination strategies with a group of UAVs