Advanced control algorithms for the manipulators within modern combat aircraft pilot training systems

У овој докторској дисертацији представљена су истраживања на тему развоја напредних алгоритама управљања за два система за тренажу пилота савремених борбених авиона-центрифуге за тренажу пилота (центрифуге) и уређаја за просторну дезоријентацију пилота (УПДП-a). Ови уређаји су моделовани као троосни (центрифуга) и четвороосни (УПДП) роботски манипулатори (манипулатори) са цилиндричним зглобовима. Представљена истраживања имају за циљ проширивање и продубљивање научних сазнања и достигнућа у области моделовања и управљања разматраних манипулатора у системима за тренажу пилота савремених борбених авиона, а која се могу применити и на серијске роботске манипулаторе у општем смислу. У оквиру ове дисертације су развијени нови и унапређени постојећи методи и модели у домену кинематике робота, развоја планера трајекторије, адекватног избора актуатора, и одабира правилне стратегије управљања кретањем представљених манипулатора. Приказан је комплетан поступак развоја система управљања за центрифугу за тренажу пилота савремених борбених авиона, троосног манипулатора који остварује изузетно кинематички захтевне трајекторије, а који се базира на симулацијама дефинисаног кинематичког и динамичког модела, као и на методама реалистичних симулација предложених децентрализованих и централизованих метода управљања. Предложене методе управљања за центрифугу су примењене и на четвороосни уређај за просторну дезоријентацију пилота. Представљене методе моделовања, алгоритми у оквиру планера трајекторије, метода избора управљачког система, метода реалистичне симулације перформанси система управљања, и метода избора актуатора су примењиве и на општи случај роботског манипулатора са више степени слободе.In this doctoral dissertation, a research considering development of the advanced control algorithms for two modern combat aircraft pilot training systems-Centrifuge Motion Simulator (centrifuge) and Spatial Disorientation Trainer (SDT) is presented. These devices are modeled and controlled as 3DoF (centrifuge) and 4DoF (SDT) robot manipulators with rotational axes. The presented research aims to broaden and deepen scientific knowledge and achievements in the field of modeling and control of the considered modern combat aircraft pilot training systems, that can also be applied to а general serial robot manipulator. A new and an improved existing methods and models have been derived in the field of robot kinematics, trajectory planning, an adequate drive selection and control strategy choice. A complete development process of a control system for the centrifuge, which is a manipulator that performs a highly challenging motion, based on simulations of the defined kinematic and dynamic models, as well as on realistic simulations of the proposed decentralized and centralized control methods, is presented. The control methods proposed for the centrifuge are also applied to the 4DoF SDT. The modeling methods, the trajectory planning algorithms, the control system design and simulation methods, and the drive selection strategies, presented here for the considered manipulators within modern combat aircraft pilot training systems, are also applicable within the general robot manipulator’s domain

Напредни алгоритми управљања манипулаторима у системима за тренажу пилота савремених борбених авиона

У овој докторској дисертацији представљена су истраживања на тему развоја напредних алгоритама управљања за два система за тренажу пилота савремених борбених авиона-центрифуге за тренажу пилота (центрифуге) и уређаја за просторну дезоријентацију пилота (УПДП-а). Ови уређаји су моделовани као троосни (центрифуга) и четвороосни (УПДП) роботски манипулатори (манипулатори) са цилиндричним зглобовима. Представљена истраживања имају за циљ проширивање и продубљивање научних сазнања и достигнућа у области моделовања и управљања разматраних манипулатора у системима за тренажу пилота савремених борбених авиона, а која се могу применити и на серијске роботске манипулаторе у општем смислу. У оквиру ове дисертације су развијени нови и унапређени постојећи методи и модели у домену кинематике робота, развоја планера трајекторије, адекватног избора актуатора, и одабира правилне стратегије управљања кретањем представљених манипулатора. Приказан је комплетан поступак развоја система управљања за центрифугу за тренажу пилота савремених борбених авиона, троосног манипулатора који остварује изузетно кинематички захтевне трајекторије, а који се базира на симулацијама дефинисаног кинематичког и динамичког модела, као и на методама реалистичних симулација предложених децентрализованих и централизованих метода управљања. Предложене методе управљања за центрифугу су примењене и на четвороосни уређај за просторну дезоријентацију пилота. Представљене методе моделовања, алгоритми у оквиру планера трајекторије, метода избора управљачког система, метода реалистичне симулације перформанси система управљања, и метода избора актуатора су примењиве и на општи случај роботског манипулатора са више степени слободе

The role of peripheral vision in flow parsing

Identifying moving objects while we are moving is an important everyday skill. This ability allows us to monitor our surroundings, successfully interact with objects or people, and avoid potential hazards. Self-movement generates optical flow on the retina that complicates the recognition of moving objects from retinal motion alone. Rushton and Warren (2005) proposed a purely visual solution to this problem. They suggest that, in order to assess scene-relative object movement, the brain identifies and parses out (globally subtracts) patterns of visual flow that are consistent with self-movement. Existing research has demonstrated evidence of this flow parsing process in central vision (i.e. Warren & Rushton, 2008). This thesis aims to characterise the role of peripheral visual flow in this process. Research from the wider self-motion literature has often distinguished between central and peripheral vision. Some researchers have claimed that peripheral vision is specialised for self-motion perception, whilst more recent studies have challenged this assertion. This thesis investigates whether peripheral visual motion, traditionally considered to be a strong cue to self-movement, also contributes to flow parsing. The experimental work employed a simulated self-movement paradigm to isolate retinal motion from other non-visual cues. Thus, observers remained stationary whilst computer generated stimuli moved to produce patterns of retinal motion associated with actual self-movement. In the first set of experiments, I demonstrate that peripheral flow simulating forward or backward self-movement gives rise to characteristic flow parsing effects. This finding generalises to rotational observer motion (Chapter 3). Chapter 4 considers whether peripheral flow contributes to parsing for judgements of object size change. Finally, Chapter 5 investigates whether there is a benefit of peripheral information under conditions where central flow is potentially ambiguous. The results indicate that peripheral visual flow contributes to the flow parsing process. The contribution of flow in the near periphery appears to be maximally important

Etude des liens entre immersion et présence pour la mise au point d'un simulateur de conduite de deux-roues motorisé.

Les environnements virtuels, et en particulier les simulateurs de conduite à plate-forme dynamique, posent la délicate question de la restitution multisensorielle en vue de générer la bonne "illusion" pour leurs utilisateurs. Si la réalité virtuelle est reconnue pour la limitation des coûts, le gain temporel et la contrôlabilité et reproductibilité des situations étudiées, la problématique de la validité de ces outils de recherche (ou de formation) est cruciale pour la transférabilité des connaissances produites.Constituant une première étape dans le processus de validation du simulateur IFSTTAR, ce travail s appuie sur une démarche originale reposant sur une double évaluation, par élément et globale. Il s agit (i) de configurer de manière optimale les caractéristiques immersives et interactives du simulateur liées au mouvement de roulis afin de produire une illusion d inclinaison crédible et acceptée, et (ii) d évaluer, de manière globale, différentes configurations du simulateur (modèles dynamiques de véhicule) au moyen de mesures objectives (temps de familiarisation) et subjectives (présence, mal du simulateur).Prises dans leur ensemble, les sept études menées durant cette thèse ont permis de valider une plage de restitution du mouvement de roulis pertinente pour produire une sensation d inclinaison sans entraîner de déséquilibre critique ou de sensation de chute. Un angle d inclinaison du simulateur au-delà de 11,4 degrés est ainsi déconseillé pour éviter toute sensation de chute, néanmoins cette valeur est susceptible d être influencée par divers facteurs (e.g., présence d informations visuelles, positionnement de l axe de roulis). Ces études ont également permis d identifier, en conduite passive, les paramètres nécessaires ainsi que les contributions relatives des informations visuelle et inertielle pour la production d une sensation d inclinaison crédible. En conduite active, l évaluation du degré de contrôle des participants en fonction du modèle dynamique de véhicule (virtuel) a permis de pointer les faiblesses actuelles du simulateur IFSTTAR afin de proposer plusieurs pistes de développement.Virtual environments, and specifically motion-based driving simulators, raise the delicate question of multisensory cueing in order to produce the good "illusion" to the users. If virtual reality is well acknowledged for cost limitation, validity issue of these research (or training) tools is critical for knowledge transfer of new results.As a first step in the validation process of the IFSTTAR motorcycle simulator, this work relies upon an original design based on a double approach : by element and global. It consists in (i) optimal balancing of simulator s immersive and interactive characteristics linked to roll motion so as to yield a believable and embraced leaning illusion, and (ii) evaluating more generally different simulator configurations (vehicle dynamic models) through objective (training length) and subjective measures (presence, simulator sickness).Taken as a whole, the seven studies conducted during this thesis enable the validation of the relevant range of roll motion cueing to produce a leaning sensation without leading to a critical unbalance or fall sensation. A leaning angle of the simulator beyond 11.4 degrees is not recommended to avoid any fall sensation, however this figure can be influenced by various factors (e.g., visual informations, roll axis location). These studies also allow to identify, in passive driving situations, the necessary parameters as well as the relative contribution of visual and inertial informations for the production of a believable leaning sensation. In an active driving situation, the evaluation of the degree of users control through different (virtual) vehicles dynamic models has permitted to highlight the weaknesses of IFSTTAR simulator in order to set several guidelines for further development.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF