GT UAV (Unmanned Aerial Vehicles)
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- Élisabeth Bélanger
- il y a 8 ans
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1 GT-UAV (Unmanned Aerial Vehicles) Bilan et Tour d horizon Journées du GDR Robotique 29 Octobre 2014 Pascal Morin ISIR avec les contributions de: I. Fantoni, A. Franchi, T. Hamel, S. Lacroix, P. Robuffo Giordano, F. Ruffier p. 1/16
2 Le GT inter GDR: GDR Robotique GDR MACS Traite: essentiellement de mini/micro-drones à voilure fixe, tournante, ou battante avec des problématiques de modélisation commande perception Organisateurs du GT: aujourd hui: T. Hamel (I3S) & P. Morin (ISIR) hier: Y. Bestaoui (LSC), M. Boutayeb (CRAN), I. Fantoni (UTC) & T. Hamel (I3S) demain: P. Morin (ISIR) & F. Ruffier (ISM) p. 2/16
3 Le Activités du GT: Organisation de deux réunions annuelles: 4 dernières réunions: 2-3 octobre 2014: ONERA Toulouse, dans le cadre des journées ONERA Aerial Robotics 10 avril 2014: ENSAM Paris novembre 2013: UTC Compiègne, dans le cadre du IFAC Workshop RED UAS 21 juin 2013: ENSAM Paris Participation: de l ordre de personnes par réunion Industriels: Quelques rares interventions Doctorants: Participation importante (environ 30-50% des exposés) Organisation de workshop: IFAC Workshop RED UAS Activités d éditeur: Numéro spécial Aerospace Lab sur la robotique aérienne (Ed. invités P. Bidaud et P. Morin) p. 3/16
4 Tour d horizon de la recherche sur les UAV Ce qui suit: Ne traite que de la recherche académique Sur des mini/micro UAVs Sans prétention d exhaustivité Quelques remarques préliminaires: De nombreux laboratoires impliqués sur la thématique: plus de 20 en robotique/automatique! essentiellement des petites équipes (1-3 permanents) quelques structures plus grosses (ONERA, ISAE) D autres disciplines s intéressent aux drones en tant que porteurs (environnement, agriculture, archéologie, etc) Thématiques considérées: Conception Contrôle Estimation d état/perception Problématiques nouvelles et autre... p. 4/16
5 Conception d UAV Deux directions: Véhicules hybrides alliant capacités de vol stationnaire efficacité énergétique en vol rapide Micro-véhicules (ailes battantes/vibrantes) Véhicules hybrides: expertise limitée à quelques laboratoires avec forte culture aéro et moyens (ENAC, ISAE, ONERA Salon ) quelques labos de robotique impliqués (Heudiasyc, ISIR, LAAS/ENAC) Micro-véhicules: peu de labos impliqués (ONERA, IEMN, GIPSA Lab, IRCCyn) quelques projets ANR: OVMI, ENTOMOPTER, CLEAR-flight peu (pas?) de réalisations expérimentales Dans les deux cas: Problématiques d aérodynamique Problématiques d optimisation multi-critères Problématiques de mécatronique p. 5/16
6 Conception d UAV Drone ISAE Drone ISAE Projet OVMI (IEMN, ONERA,...) ANR GLMAV (ISL, Heudiasyc) Octocopter Heudiasyc p. 6/16
7 Commande Plusieurs problématiques: Commande par retour d état non-linéaire Commande référencée capteur Planification Commande par retour d état non-linéaire: (hypothèse d état parfaitement connu) Objectifs: grand domaines de stabilité, robustesse aux perturbations Le cas multi-rotors est maintenant bien résolu Problèmes ouverts sur les véhicules hybrides: comment gérer la portance? interactions flux hélices/ailes Quelques travaux sur le sujet: INRIA-I3S-ISIR, Heudiasyc sur les convertibles Problèmes ouverts sur les micro-drones (cf. projet ANR cités précédemment), avec la problématique de validation de modèles... p. 7/16
8 Commande Commande référencée capteur: Le Vicon et autre Mocap permettent de faire de belles manips! et fournit la vérité terrain mais cela ne fournit pas de solution au problème d autonomie de déplacement... En extérieur il y a le GPS! mais, ça ne marche pas toujours, le GPS est un capteur aveugle, ce n est pas adapté à du déplacement relatif (inspection) En France: activité de longue date en commande référencée vision (I3S, IRISA, CEA,...) Aujourd hui La puissance de calcul est là pour faire de l embarqué Vicon et Mocap permettent d évaluer les algorithmes De nouveaux capteurs "low weight, low cost" arrivent sur le marché (caméra 3D, scan 3D,...) p. 8/16
9 Commande Commande référencée capteur: Problématiques: Traitement de l information capteur Choix des variables à réguler, et synthèse de commande Fusion avec les données inertielles Synthèse d observateurs Quelques travaux sur le sujet: Asservissement basé vision Flôt optique: Heudiasyc, I3S, ISM, CEA, ONERA Homographie: IRISA, I3S-ISIR-ONERA Autre: I3S, IRISA, ISIR Asservissement basé Laser: I3S, ISIR p. 9/16
10 Commande Planification: Pourquoi planifier pour des drones? Réalisation de manœuvres très agressives (risques de saturation) Optimisation (énergétique) Déplacement en présence d obstacles Déplacement en essain Quelques travaux sur le sujet: Planification pour du vol en essain avec évitement d obstacles (ONERA Palaiseau) Planification en présence de vent (IBISC) p. 10/16
11 Commande pour UAV Stabilisation par vision (ISIR) Suivi de ligne par vision (Heudiasyc) Evit. obst. par RGB-D (Max Planck/LAAS) Evit. obst. par laser (I3S) p. 11/16
12 Estimation d état/perception pour UAV Spécificités de l estimation d état pour les UAVs: Dynamique instable la plupart des drones de type VTOL (multi-rotors) sont instables en boucle ouverte la commande en attitude doit se faire à haute fréquence ( 100Hz) = nécessité de mesures à haute fréquence, et toujours disponibles ceci est assuré par la centrale inertielle et une couche de commande bas-niveau découplée des traitements haut-niveau Dynamique rapide nécessité de mesures/estimations à haute fréquence couplage entre la dynamique du capteur et la dynamique de mouvement (flou de bougé, déformation apparente de l objet avec mesures de scan laser, etc) Charge utile pour capteurs et processeurs limitée p. 12/16
13 Estimation d état/perception pour UAV Travaux: Conception de capteurs Capteurs de flôt optique (ISM) Capteurs 3D mono. (CAM3D: ONERA Palaiseau/IRCCyn/IOGS) Algorithmes d estimation/fusion Estimation d attitude (I3S, MINES Paris Tech) Estimation/filtrage non-linéaire (I3S, MINES Paris Tech) Fusion visuo-inertielle (INRIA, ISIR, I3S, IRISA) Estimation de flôt optique (ONERA Palaiseau, ISM) Estimation par Homographie (IRISA) Algorithmes de haut-niveau (SLAM) SLAM visuel (ONERA Palaiseau) SLAM visuo-inertiel (LAAS) Autre??? p. 13/16
14 Estimation d état/perception pour UAV CAM3D (ONERA/IRCCyn/EOGS) CurvACE (ISM,...) Geoloc. par vis. (IRISA) SLAM vis. (ONERA) RT-SLAM (LAAS) p. 14/16
15 Problématiques nouvelles et autre Quelques thématiques nouvelles : Systèmes multi-drones Coopération drones/véhicules terrestres/véhicules maritimes Drones et manipulation Systèmes multi-drones: problématiques: contrôle de formation, estimation d état (isolée/distribuée) travaux: Heudiasyc, IRISA (ANR SenseFly), LAAS (Quadris, Voilure fixe: Projet AgriDrones Services) Coopération drones/véhicules terrestres/véhicules maritimes: problématiques: exploitation de la redondance sensorielle travaux: Projet Européen 3i (ENSTA Bretagne, TELECOM Bretagne), DGA-PEA ACTION (LAAS/ONERA) Drones et manipulation: problématiques: dynamique complexifiée, commande, interaction humain/machine travaux: L2S-MINES Paris Tech, LAAS p. 15/16
16 Problématiques nouvelles et autre Formation-Mocap (Heudiasyc) Formation-Vis. (Max Planck/IRISA/LAAS) Pour finir: Open-projects: Paparazzi, RT_Mag MAV Research center (GIS) p. 16/16
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