Commande Référencée Capteurs de Robots Aériens – SCAR

Le but de ce projet est d'investiguer trois questions majeures dans la robotique aérienne : la télé-opération, la commande référencée capteurs, et la fusion de données. Les applications envisagées incluent entre autre l'inspection visuelle d'une cible (par exemple un bâtiment, une ligne électrique, un ouvrage d'art, etc.) grâce à un robot-aérien semi-autonome piloté par un opérateur peu expérimenté.

• Télé-opération : le robot aérien est piloté à distance par un opérateur humain afin d'effectuer une certaine tâche, et doit donc manoeuvrer au voisinage d'obstacles. Or l'appréciation correcte de la distance aux obstacles afin d'éviter les collisions est difficile pour le pilote et complique sensiblement sa mission. Dans le cadre du projet, on proposera une interface à retour d'effort sur la base d'un joystick haptique et d'un retour visuel des caméras embarquées. Cette interface, intégrée dans le système de contrôle-commande du robot, permettra à l'opérateur de réaliser plus efficacement sa mission.
• Commande référencée capteurs : bien que la question de la stabilisation « simple » d'un robot aérien ait été largement étudiée, il subsiste des points difficiles. En effet, n’importe quelle manœuvre au voisinage d'obstacles en exploitant exclusivement les capteurs embarqués (l'utilisation d'un système déporté de capteurs de mouvement comme dans un certain nombre de bancs d'essais expérimentaux en intérieur est ici totalement exclue) reste un problème ardu. De plus, l'environnement aérodynamique près d'obstacles de grande taille est souvent perturbé (rafales de vent notamment), compliquant grandement la tâche de stabiliser le robot tout en évitant les obstacles. Ce projet développera des lois de contrôle-commande capables de tâches semi-autonomes (stabilisation près d'obstacles, décollage/atterrissage, suivi de façade, etc.) exploitant uniquement les informations des divers capteurs embarqués (en particulier des caméras) afin, entre autres, de soulager l'opérateur des tâches de pilotage de bas-niveau et ainsi lui permettre de se concentrer sur sa mission.
• Fusion de capteurs: une question cruciale dans le contrôle-commande des robots aériens est l'estimation correcte de l'état de l'engin (position, vitesse, orientation, etc.). Chaque capteur fournit seulement une information partielle sur l'état, souvent indirecte et susceptible d'être momentanément indisponible. L'algorithme de fusion de capteurs doit combiner harmonieusement ces informations en s'aidant d'un modèle dynamique de l'engin, de manière à fournir une estimation fiable de l'état, qui permettra de commander efficacement l'engin, de garantir la stabilité, et d'assurer les performances désirées. L'algorithme de fusion de données doit donc fonctionner en temps-réel, avec une bande passante élevée et un temps de latence faible. Ces contraintes rendent le problème de fusion de données difficile à la fois du point de vue théorique et de celui de l'implémentation, et en font les « fondements de base » pour le contrôle-commande des robots aériens. Ce projet s'intéressera au développement d'algorithmes de fusion de capteurs (sous la forme d' « observateurs » au sens de l'Automatique) présentant de bonnes propriétés de convergence tout en étant économes en ressources de calcul et faciles à régler. L'idée directrice est de tirer partie de la riche structure géométrique du modèle dynamique (symétries, structure de groupe, etc.).