Modeling and control of VTOL vehicles with rigid manipulators
Jonatan Alvarez muñoz · 2017
La manipulation aerienne a ete un domaine de recherche actif ces dernieres annees, principalement parce que les applications actives des vehicules aeriens autonomes (UAV en anglais), augmente l'employabilite de ces vehicules pour diverses applications.Le developpement recent de la manipulation aerienne a trouve des applications potentielles dans les deux domaines, militaires et civils. Les applications militaires incluent le patrouilleur des frontieres, la detection des mines, la reconnaissance, etc., tandis que les applications civiles sont en matiere de gestion des catastrophes, d'inspection des ponts, de construction, de livraison de materiel, de recherche et de sauvetage, etc.La recherche sur la robotique aerienne implique principalement des helicopteres et des architectures de decollage et d'atterrissage verticales (VTOL). Le principal avantage de ces plates-formes est leur maniabilite et la capacite d'effectuer des vols stationnaires, ce qui est essentiel pour les applications. Cette these porte sur les avions VTOL, ou l'helicoptere a quatre rotors ou quadrirotor est principalement etudie.En ce qui concerne le probleme de la manipulation aerienne, la quantite d'applications augmente, mais en meme temps, la complexite de la modelisation et du controle d'un tel systeme est egalement plus grande. L'un des plus grands defis reside dans leur charge utile limitee. Certaines approches ont essaye de resoudre le probleme en utilisant plusieurs robots pour transporter des charges utiles avec des pinces ou des câbles, ou leurs effecteurs et pinces doivent etre legers eux-memes et capables de saisir des formes complexes. Un autre defi est que la dynamique du robot est considerablement modifiee par l'ajout de charges utiles. Cependant, pour le transport de la charge utile, il est necessaire que les robots puissent estimer l'inertie de la charge utile et s'y adapter pour ameliorer les performances de suivi.Selon les antecedents et les defis sur les vehicules VTOL portant des charges utiles ou des manipulateurs, la contribution du present travail est centree sur la modelisation et la conception d'une loi de commande non lineaire et une analyse de stabilite formelle pour la stabilisation asymptotique d'un vehicule VTOL portant un bras manipulateur. Pour cela, un modele general d'un quadrirotor portant un bras manipulateur est propose. Apres cela, une loi de commande presque globalement asymptotique lisse pour la stabilisation de l'attitude qui prend en compte les effets de mouvement du bras est concue. Une fois que le probleme d'attitude est resolu, il est possible de concevoir un controleur non lineaire globalement asymptotique pour la dynamique de position basee sur l'utilisation de somme des fonctions satures afin de prendre en compte les limitations des actionneurs. Enfin, certaines experiences pour valider les lois de commande proposees sont effectuees.