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Plateformes du LS2N – Fiche



Engins Volants

Le LS2N, via l’équipe de recherche ARMEN, dispose d’une « arène drone » (Figure 1) dédiée à la mise en œuvre des développements scientifiques menés par les membres d’ARMEN et consacrée principalement à deux axes :
  1. Etude, modélisation, conception et contrôle d’une nouvelle génération de système drones (composé de deux ou plusieurs drones) pour la saisie et la manipulation collaborative (thèse de Damien Six, robots volants parallèles)
  2. Contrôle d’une flotte de drones.


Fig. 1. Arène drone

Les démonstrateurs de la plate-forme drones sont composés de mini-UAVs (principalement des quadrirotors) qui, pour certains, sont directement achetés dans le commerce (exemples : le Pelican de chez AscTec et l’AR-Drone de chez Parrot, Figures 2.a et 3) et, pour d’autres, montés au LS2N mais à partir de pièces achetées dans le commerce (exemple : MicroKopter, Figure 2.b). Ci-dessous un descriptif détaillé.


                          Figure 2.a AscTec Pelican                       Figure 2.b Le Mikrokopter du LS2N

AscTec Pelican.

L’AscTec Pelican, Figure 2.a, est un drone-hélicoptère quadrirotor professionnel à hautes performances équipé d’un ordinateur de bord avec processeur Intel Core i7 tournant sous Linux et compatible ROS. Le système de guidage inertiel fournit une très haute précision grâce à des capteurs avancés et deux microprocesseurs ARM7. L’unité de commande fournit une grande flexibilité et autorise la mise en œuvre de ses propres algorithmes codés en langage C. Il possède deux niveaux de contrôle : (1) Le Low Level Processor (LLP) qui traite toutes les données des capteurs et effectue la fusion de données et de toutes les informations pertinentes à une fréquence de 1 kHz, (2) Le High Level Processor (HLP) qui gère le système de vol (AutoPilote).

AR.Drone 2ème génération

L’AR.Drone, Figure 3, est un hélicoptère quadrirotor qui peut se piloter avec un appareil sous iOS, Android via une liaison Wi-Fi. Il est principalement dédié au divertissement mais dispose d’équipements sophistiqués tels qu’une caméra frontale pour le pilotage, une seconde verticale pour la stabilisation, un accéléromètre trois axes, deux gyroscopes, un émetteur et un récepteur à ultrasons permettant de calculer l’altitude, de nombreux capteurs ainsi qu’un ordinateur embarqué fonctionnant sur noyau Linux.


Figure 3. Parrot AR-Drone

Système de capture de mouvement (MOCAP : MOtion CAPture System)

L’arène drone est équipée d’un système de capture de mouvement de la marque QualiSys.

Principe :

Les caméras optiques, en nombre de 8 dans notre cas, sont disposées autour de la scène de mesures. Chacune des caméras (Figure 4) est composée d’un émetteur Infra Rouge (IR) et d’un capteur IR, afin de ne détecter que les réflexions de ses propres flashs synchronisés sur les marqueurs. Le volume de mesure est calibré à l’aide d’un set de calibrage équipé de marqueurs pour l’étalonnage. Chaque drone (ou tout autre corps) est alors équipé de marqueurs, qui sont vus en 2D par chaque caméra. Ces positions 2D sont ensuite transformées en position 3D par un algorithme spécifique.


Figure 4. MOCAP

Résultats : robot parallèle volant (travaux issus de la thèse de Damien Six, 2015-2018).

ARMEN est la première équipe de recherche à se positionner sur cette nouvelle thématique prometteuse et sur laquelle elle est précurseur. En effet, nous avons proposé une architecture inédite de robot volant parallèle constituée de deux quadrirotors, capable de déplacer un effecteur pour effectuer des tâches à 2 degrés de liberté (Figure. 5).


Figure 5. Flying Parallel Robot (FPR).

L'objectif principal de cette étude est de concevoir un robot parallèle volant qui présente plusieurs avantages par rapport aux quadrotors classiques pour la manipulation, avec:
  • Une charge utile amélioré, en répartissant les efforts sur plusieurs drones
  • Pas de motorisation supplémentaire, le mouvement du FPR est uniquement contrôlé par le contrôle des quadrirotors.
  • La reconfiguration de l'architecture passive qui permet potentiellement d'effectuer des tâches sous le drone.
  • L'effecteur peut être placé loin du drone, limitant ainsi les perturbations dues à la rotation des rotors.
  • Une flexibilité en terme de topologie des jambes (les bras reliant les drones) issue de l'étude des robots parallèles et qui peut conduire à plusieurs propriétés intéressantes.

Cette étude explore les propriétés du modèle dynamique et développe des lois de contrôle appropriées pour ce nouveau type de robots aériens.

Les résultats obtenus à ce jour :

  1. Un modèle dynamique complet du FPR (avec deux drones) avec de bonnes propriétés de découplage, une identification du et une validation réaliste sous Adams via une loi de commande (Figure 6) par découplage (inspirée de celle utilisé sur un seul quadrotor) [1].
  2. Généralisation du concept précédent pour n drones et validation en simulation (sous Adams) dans le cas trois drones pour une tâche de visage (Figure 7) [2].


Figure 6. Schéma général du contrôle [1].


Figure 7. Nouveau concept du FPR avec 3 drones et des jambes passives [2].

Références

[1] Damien Six, Sébastien Briot, Abdelhamid Chriette, Philippe Martinet. Dynamic Modeling and Trajectory Tracking Controller of a Novel Flying Parallel Robot. 20th IFAC World Congress, Jul 2017, Toulouse, France. Proceedings of the 20th IFAC World Congress.
[2] D. Six, S. Briot, A. Chriette and P. Martinet, "The kinematics, dynamics and control of a flying parallel robot with three quadrotors," in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. PP, no. 99, pp. 1-1.

Vidéos

1. Premiers essais en vol du PFR




2. Simulation du nouveau concept du FPR avec 3 drones





Responsable : I. Fantoni, S. Briot et A. Chriette
Support Technique : D. Six, A. Chriette
Contact : D. Six, A. Chriette
Lien :
Equipe(s) : ARMEN
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