Soutenance de thèse Shiyu LIU

Shiyu LIU, doctorante au sein de l’équipe ARMEN, soutiendra sa thèse intitulée :

« Commande décentralisée et estimation d’un robot parallèle volant en interaction avec l’environnement » / « Decentralized control and estimation of a flying parallel robot interacting with the environment »

Le 29 novembre 2022, à 9h00, en présentiel dans l’amphithéâtre S de l’école Centrale, et en visioconférence avec le lien zoom suivant: https://ec-nantes.zoom.us/j/99299331602.

Jury :

• Directrice de thèse : Isabelle FANTONI (Directrice de recherche CNRS, LS2N)
• Co-encadrant : Abdelhamid CHRIETTE (Maître de conférences, Ecole Centrale Nantes)
• Rapporteurs : Tarek HAMEL (Professeur des universités, Université Côte d’Azur); Nicolas MARCHAND (Directeur de recherche CNRS, GIPSA-Lab)
• Examinateurs : Nicolas ANDREFF (Prefesseur des universités, Université de Franche-Comté);  Stéphane CARO (Directeur de recherche CNRS, LS2N)

Résumé :

La manipulation aérienne est un nouveau domaine où les drones multirotors sont équipés d’effecteurs pour la saisie, le transport et la manipulation des objects. Afin d’améliorer la capacité de charge et la manipulabilité dans l’espace tridimensionnel, un robot parallèle volant (FPR) a été proposé, dans lequel un certain nombre de drones sont utilisés pour soutenir collectivement une architecture parallèle et passive. Dans cette thèse, les méthodes d’estimation et de contrôle considérant l’interaction avec l’environnement sont présentées. Plusieurs observateurs basés sur la quantité de mouvement sont d’abord établis pour estimer les torseurs externes exercés sur le robot, qui sont complétés par un contrôleur basé sur l’impédance avec la capacité de suivi de torseurs d’interaction désirés pour permettre au robot d’interagir avec l’environnement. Les stratégies décentralisées basées sur des mesures embarquées et intrinsèques des drones sont proposées, permettant à chaque drone d’effectuer sa propre loi de commande sur la base de ses propres mesures et des informations partagées au sein de tous les drones. Les expériences montrent l’efficacité des méthodes proposées pour la régulation de la configuration du robot, la réalisation des tâches de positionnement précis par téléopération et des interactions basées sur le contact. En outre, une analyse détaillée sur les torseurs admissible du FPR est présentée, qui complète les études sur le FPR en interaction avec l’environnement. Une métrique quantitative appelée marge de faisabilité est ensuite adoptée, et appliquée pour déterminer les configurations optimales des jambes du FPR dans différentes orientations de la plateforme, maximisant la faisabilité de torseurs du robot en fonction des exigences spécifiques de la tâche.

Mots-clés : Systèmes Aériens : Mécanique et Contrôle ; Robot Parallèle ; Système Multi-Robots ; Estimation basée sur la Vision ; Commande Décentralisée ; Manipulation Aérienne.

Abstract:

Aerial manipulation is an emerging domain where multirotor Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are equipped with onboard end-effectors for grasping, transporting and manipulating objects. To enhance the payload capacity and achieve full manipulability in 3-dimensional space, a flying parallel robot (FPR) was previously proposed in which a number of UAVs are used to collectively support a passive parallel architecture. In this thesis, the estimation and control methods dealing with the interaction with the environment are presented. Several momentum-based observers are firstly established to estimate the external wrench acting on the robot, which is completed by an impedance-based controller with wrench tracking capability to allow the robot interacting with the environment. The decentralized strategies based on onboard and intrinsic measurements of UAVs are proposed, allowing each UAV to perform its own control based on its own measurements and information shared within all the UAVs. Experiments show the effectiveness of the proposed methods in regulating the robot configuration, achieving precise positioning tasks through teleoperation and performing contact-based interactions with an object in the environment. In addition, a detailed analysis of the wrench feasibility of the FPR is presented, which complete the studies on the FPR dealing with the interaction with the environment. A quantitative metric named feasibility margin is furthermore adopted, which is applied to determine the optimal leg configurations of the FPR in different platform orientations maximising the wrench feasibility of the robot accordingly to specific task requirements.

Keywords: Aerial Systems: Mechanics and Control; Parallel Robot; Multi-Robot Systems; Vision-based Estimation; Decentralized Control; Aerial Manipulation