Commande D Un Robot Mobile Rapide A Roues Non Directionnelles Sur Sol Naturel
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Commande d’un robot mobile rapide à roues non directionnelles sur sol naturel
Un robot mobile se déplaçant à une vitesse élevée sur un sol naturel est soumis à des phénomènes de glissement et de dérapage. La maîtrise des déplacements à haute vitesse en environnement naturel peut devenir un enjeu important pour des applications robotiques dans l'exploration terrestre, spatiale, ou dans l'agriculture. Durant la thèse, nous avons développé un modèle d'interaction semi-empirique entre les roues et le sol, qui a été ensuite intégré à une nouvelle méthode de commande du système. L'objectif global est la conception d'une architecture de commande pour le suivi de trajectoire ou de chemin, en tenant compte de la dynamique et des glissements. Cette architecture de commande a été validée dans un environnement de simulation dynamique, dans lequel nous avons implémenté le modèle de contact. Une plateforme robotique a été construite et instrumentée afin de démontrer expérimentalement la pertinence de cette approche. En particulier, un capteur de vitesse absolue basé sur l'effet Doppler a été développé. Il est ainsi possible de mesurer le glissement des roues par rapport au sol et de le réguler. Une procédure d'estimation in situ des paramètres du modèle de contact a également été validée.
Contribution à la commande dynamique des robots mobiles rapides à roues sur sols glissants
Les problématiques de recherche abordées dans le cadre de cette thèse sont la localisation et la commande dynamique des robots mobiles à roues lors de leur évolution à grande vitesse en environnements extérieurs. Pour la localisation, nous proposons un filtre de Kalman étendu qui permet d'estimer la position et l'orientation du véhicule dans le plan du lacet en tenant compte des temps de latence lors de la réception de mesures GPS, et vérifie leur pertinence. Ce filtre a été simulé et validé lors de phases expérimentales. Une loi de commande en suivi de chemin, assurant la régulation de l'angle de lacet et de la vitesse d'avance est développée en utilisant les techniques de commande de type mode glissant. Une implémentation de cette loi de commande a été réalisée sur deux types de robots mobiles à quatre roues et à six roues. La seconde commande présentée consiste à moduler les couples appliqués sur chacune des quatre roues d'un véhicule à roues avants directionnelles en s'appuyant sur une analyse de son comportement dynamique pour une compensation des erreurs en vitesse de lacet. Cet algorithme, validé expérimentalement, a ensuite été complété en y intégrant le modèle dynamique d'un robot composé d'un nombre quelconque de roues directionnelles. Enfin, nous étudions le phénomène de dérapage en vue de l'utiliser pour l'optimisation temporelle d'un suivi de chemin
CONTROLE DES EFFORTS DANS UN ROBOT MOBILE A ROUES APPLICATION
LA PRESENTE THESE EST ORIENTEE VERS L'ETUDE D'UN SYSTEME DE COMMANDE EN EFFORT POUR UN ROBOT MOBILE A ROUES. CE ROBOT EST UN ROBOT MOBILE A QUATRE ROUES TRACTANT UN OUTIL ET TRAVAILLANT SUR UN SOL DE TYPE AGRICOLE. LES COMPORTEMENTS DU ROBOT SONT ANALYSES DANS LE CHAPITRE II EN PLUSIEURS VOLETS ET DES MODELES REPRESENTANT CES COMPORTEMENTS SONT ETABLIS. LE MODELE STATIQUE DECRIT LE COMPORTEMENT STATIQUE DU ROBOT, EN REGIME CONTINU, FACE AUX EFFORTS EXTERIEURS. LE MODELE CINEMATIQUE ANALYSE LE MOUVEMENT DU ROBOT A PARTIR DE SA GEOMETRIE ET DES MOUVEMENTS DES ROUES ET DETERMINE LES MOUVEMENTS DES ROUES QUAND LE MOUVEMENT DU ROBOT EST CONNU OU SUPPOSE. LE MODELE DYNAMIQUE ANALYSE LE COMPORTEMENT DU ROBOT MOBILE EN INTRODUISANT LES COMPOSANTES DYNAMIQUES (PAR EXEMPLE L'INERTIE) ET LES VARIABLES DYNAMIQUES (LES ACCELERATIONS DES ROUES, DU CORPS DU ROBOT,). CES MODELISATIONS PERMETTENT D'ETABLIR DES RELATIONS ENTRE LES VARIABLES OPERATIONNELLES (DONT CERTAINES SONT A COMMANDER) ET LES VARIABLES GENERALISEES (CONNUES OU A MESURER). L'INTERACTION AVEC L'ENVIRONNEMENT CONDITIONNE LES PERFORMANCES DU ROBOT, LES MODELES D'INTERACTION ROUE-SOL SONT PRESENTES DANS LE CHAPITRE III ET PARMI CES MODELES, CELUI DE ASAE EST CHOISI. DANS LE CHAPITRE IV, DES MODELES SONT RESOLUS PERMETTANT D'ETABLIR UNE RELATION DIRECTE ENTRE LES VARIABLES ACTIVES ET LES VARIABLES CONNUES. PARMI TOUTES LES SOLUTIONS POSSIBLES, UNE SOLUTION OPTIMALE PEUT ETRE CHOISIE SELON LE PRINCIPE DE DISTRIBUTION LINEAIRE OU DE DISTRIBUTION OPTIMALE. DANS LE CHAPITRE V, DES ALGORITHMES SE BASANT SUR CES LOIS DE DISTRIBUTIONS AINSI QU'UN ALGORITHME ADAPTABLE SONT PROPOSES. DANS LE CHAPITRE VI DES PROCEDURES DE SIMULATION SONT DEVELOPPEES POUR SIMULER LES COMPORTEMENTS ET EVALUER LES PERFORMANCES DU SYSTEME DE COMMANDE. ET ENFIN, DANS LE CHAPITRE VII, LA SYNTHESE DES RESULTATS OBTENUS EST FAITE ET DES PROPOSITIONS D'ETUDES FUTURES SONT SUGGEREES