Etude de la phase de transition d'un drone tiré par tube dédié : modélisation et commande

The motivation that initiated the ANR research project "Démonstrateur Gun Launched Micro Air Vehicle" is the need to have a portable system which would permi tto quickly obtain images of an zone of interest placed at some hundred of meters, with the possibility to observe inside buildings either by their windows or by going inside them.To answer this need, the French-German Research Institute of St Louis got the idea o fusing a gun launched rotorcraft-MAV. The GLMAV, in its projectile form, is launched from a portable launching tube to a distance of 500m and a height of 100m, where it will collect and transmit visual information from the scene. The use of a projectile/rotorcraft-MAV hybrid system has two main advantages : it allows extending the MAV range,and the first images of the interest zone are obtained very quickly. During this PhD, we studied the transition phase, the passage from a projectile to a rotorcraft-MAV. A detailed aerodynamic model of the GLMAV has been obtained over his whole flight envelope. Taking into account the difficulties encountered during the transition phase (perturbation of the sensors caused by the 2500g acceleration at the launch, varying initial conditions),we developed a control strategy, and a velocity control law based on the backstepping methodology. This control strategy has been validated in simulation. The attitude control law has been validated on the GLMAV prototype. Studies on optical flow, to obtain the lateral velocities of the GLMAV, have been started.La motivation qui a initié le projet de recherche ANR « Démonstrateur Gun Launched Micro Air Vehicle » est le besoin d’avoir un engin portatif qui permettrait d’obtenir rapidement des images d’une zone d’intérêt située à quelques centaines de mètres, avec la possibilité de pouvoir observer l’intérieur des bâtiments à travers leurs fenêtres ou en allant les explorer directement. Pour répondre à ce besoin, l’Institut franco-allemand de recherche de St Louis a eu l’idée de lancer un minidrone hélicoptère avec un canon. Le GLMAV, sous la forme d’un projectile, est lancé à partir d‘un tube portable à une distance de 500 m et une altitude de 100 m, où il pourra commencer à transmettre des images de la zone à observer. L’utilisation d’un système hybride projectile/minidrone a deux principaux avantages : cela permet d’augmenter l’autonomie du drone, et les premières images de la zone d’intérêt sont obtenues très rapidement. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la phase de transition, passer d’un projectile à un mini hélicoptère. Un modèle aérodynamique détaillé du GLMAV a été obtenu sur toute son enveloppe de vol. En prenant en compte les difficultés rencontrées lors de la phase de transition (perturbations des capteurs dues à l’accélération de 2500g au lancement, conditions initiales variables), nous avons développé une stratégie de commande, et une loi de commande en vitesse basée sur la technique du backstepping. Cette stratégie de commande a été validée en simulation. La loi de commande en orientation a été validée sur le prototype du GLMAV. Des travaux sur le flux optique, pour obtenir les vitesses latérales, ont été commencés

Nonholomic-Like Corridor Navigation of a Quad-Rotor MAV Using Optical Flow

International audienceThe paper presents initial results towards a reactive vision-based autonomous navigation within an indoor corridor performed by a quad-rotor miniature air vehicle (MAV). A model separation is proposed to simplify the control of the six-degrees-of-freedom (6DOF) dynamics of the ying robot. Such approach allows to deal with quad-rotor's 3D-motion through two subsystems: dynamic (altitude and MAV-relative forward velocity) and kinematic (nonholonomic navigation) subsystems. In terms of control, a hierarchical control scheme is used to stabilize dynamic and kinematic underactuaded subsystem involved in the navigation task. A Lyapunov-based bounded controller is used to stabilize the angular error dynamics. Furthermore, the corresponding stability analysis is presented to guarantee the asymptotical convergence of angular states to the origin. Promising simulations results shows the validity of the proposed control strategy since experimental values obtained from semi-automatic ight of quadrotor while navigating through an indoor corridor were used in such numerical evaluation