GT UAV, 26 mars 2009 1 Guillaume Sanahuja La commande des véhicules aériens en utilisant la vision au laboratoire Heudiasyc

GT UAV, 26 mars 2009 1Guillaume Sanahuja

La commande des véhicules aériens en utilisant la vision au

laboratoire Heudiasyc.


L'Unité HEUDIASYC est une unité mixte entre l'Université de Technologie de Compiègne et le CNRS.

Créée en 1980 l’unité a pour vocation de mener des recherches en • Automatique, • Décision, • Image,• Informatique,

en y incluant la prise en compte de facteurs humains.

Le projet scientifique fondé sur la synergie entre recherche amont et recherche finalisée, pour répondre aux grands enjeux sociétaux : sécurité, transports, STIC, environnement, santé.

Laboratoire HeudiasycLaboratoire Heudiasyc


Plates-formes et démonstrateursPlates-formes et démonstrateurs

Véhicules

Ferroviaire

DronesVision

Réseaux

Réalité virtuelle





Automatique et systèmes dynamiques :Automatique et systèmes dynamiques : Théorie de commande non linéaire Observation d’état non linaire

Robotique :Robotique : Véhicules intelligents Drones

Systèmes embarqués :Systèmes embarqués : Architectures et logiciels embarqués Sûreté de fonctionnement

• Ferroviaire• Automobile

Systèmes embarqués communicants



MembresMembres

Rogelio Lozano, DR CNRS Isabelle Fantoni, CR CNRS Pedro Castillo, CR CNRS

Sergio Salazar, Post-doc Anand Sanchez, IR

Octavio Garcia, doctorant Alfredo Guerrero, doctorant Guillaume Sanahuja, doctorant Eduardo Rondon, doctorant Jose-Luis Rullan, doctorant Jose-Ernesto Gomez, doctorant Luis-Rodolfo Garcia, doctorant Duc Anh Ta, doctorant Laura Muñoz , doctorante

Adrian Partearroyo , stagiaire

Thomas Heurtel, technicien CNRS

Equipe UAVEquipe UAV


Projets Drones

UMI LAFMIA, • Laboratoire Franco-Mexicain d’Informatique et

d’Automatique DGA

• Contrat REI avec la DGA, 2007-2009, « Avion miniature autonome à décollage vertical »

FRAE (Fondation pour la Recherche en Aéronautique et l'Espace) • NAVIFLOW, 2007-2010, « Assistance à la navigation par

flux optique » Projet régional ALTO, 2008-2011

• Décollage et atterrissage automatique tout terrain de robots volants

Projet SIRENE• Vol en coopération d’avions miniatures



Quelques configurations

Mono-rotor Tri-rotorBi-rotor

Multi-rotor Hélicoptère coaxial

Quadri-rotor



• 4 rotors principaux dédies à la stabilisation de l’orientation, tel un X4 classique.

• 4 rotors latéraux pour les déplacements dans le plan i-j.

• Loi de commande proposée dans [2].

L’octa-rotorL’octa-rotor

Fig. Schéma du X8, [1]



• 1 caméra sans fil pour le flux optique, [3]

• 2 webcams pour la stéréovision, [4]




Le bi-rotorLe bi-rotor

Fig. Trajectoire de vol du drone convertible, [5]

• Atterrissage et décollage vertical,

• Changement de configuration pour le vol horizontal.



Fig. Positionnement des caméras, [6]




PlateformePlateforme

Chariot 1 axeChariot 1 axe

Fig. Plateforme expérimentale, [7]



Stratégie de contrôleStratégie de contrôle


SimulationsSimulations



ExpériencesExpériences

sans prédicteur. avec prédicteur.



• Les 3 points formés au sol par les lasers définissent un plan.

• L’orientation (roulis et tangage) ainsi que l’altitude du drone peuvent être calculés après calibration de l’ensemble {caméra+lasers}.

X4X4


RésultatsRésultats expérimentauxexpérimentaux :

X4X4


•Détection de la distance ente le mur et la camera,

•Calcul de l’angle entre le mur et la caméra,

•Et éventuellement de l’angle entre 2 pans de mur.

Application pour le suivi de mur.

Laser « ligne »Laser « ligne »


Projet NAVIFLOW (2007-2010) dans le cadre de la Fondation de Recherche pour l'Aéronautique et l'Espace.

Programme de recherche « Autonomie des systèmes aéronautiques et spatiaux ».

Navigation réflexe en milieu urbain, basée sur la fusion d’un capteur de vision utilisant des algorithmes de traitement de flux optique avec des capteurs inertiels, d’altitudes, infrarouges et/ou ultrasons en visant des expérimentations réelles.

Développement complémentaire aux techniques plus conventionnelles de type SLAM qui souffrent de problèmes de robustesse et de temps de calcul.

Projet NaviflowProjet Naviflow


Assistance au pilotage manuel en environnement intérieur ou extérieur urbain:

• Stabilisation de position et asservissement de vitesse (contrôle référencé FO et/ou GPS).

• Assistance à l’évitement de collision (contrôle référencé FO).

Navigation autonome en environnement intérieur ou extérieur urbain:

• Suivi de trajectoire géographique sans collision avec l’environnement (contrôle référencé GPS et FO).

• Navigation relative à l’environnement sans collision (contrôle référencé FO).





Concours Onera-DGAConcours Onera-DGA

•Ouvert aux équipes universitaires,

•Années universitaires 2007-2008 et 2008-2009,

•Concours décomposé en jalons (vol stationnaire très lent, capacités de navigation autonome sur GPS, décollage et atterrissage automatique, stabilité en présence de turbulence…),

•Les jalons sont montrés au court des 3 épreuves.

•démontrer l’intérêt opérationnel présenté par les minidrones,

•faire émerger des concepts et des solutions innovants,

•tisser des liens entre les écoles/universités, les industriels, et les centres de recherche, et par là stimuler une nouvelle génération d’ingénieurs.

Les principaux objectifs du Challenge sont les suivants :




MIDG II INS/GPS

XBee Pro 2.4GHz

Camera sans fil 2.4GHz

Gyro ADXRS 150

Baromètre SCP1000Télémètre GP2Y0A02

µC Freescale Coldfire V1 (32 bits)

Moteur brushless,mesure de vitesse sensorless

RS232

RS232

ADC

ADC

PWM

SPI

Station sol

RS232

USB

USB





PerspectivesPerspectives

•Améliorer les configurations existantes,

•Continuer les applications de visions embarquées « simples » (laser),

•Appliquer le système d’anticollision par FO au drone X4 (traitement déporté),

•Estimer les vitesses de translations du drone,

•Développer la navigation sur coordonnées GPS et le suivi de trajectoire.


[1] H. Romero, “Modélisation et asservissement visuel d’un mini hélicoptère”, thèse juillet 2008.

[2] H. Romero, S. Salazar, P. Castillo, R. Lozano, “Modelling and real-time control stabilization of a new VTOL aircraft with eight rotors”, International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS'2007, San Diego, USA, Octobre 2007.

[3] H. Romero, R. Lozano, S. Salazar, “Real-Time Stabilization of an Eight-Rotor UAV using Optical Flow”, IEEE Transactions on Robotics . Soumis (Deuxième révision).

[4] H. Romero, S. Salazar, E. Gomez and R. Lozano, “Real-time Stereo Visual Servoing Control of an Eight-Rotors Rotorcraft”, Submitted to Autonomous Robots in special issue Visual Guidance Systems for Small Unmanned Aerial Vehicles.

[5] J. Escareño, “Conception, modélisation et commande d'un drone convertible”, thèse juin 2008.

[6] J. Escareño, S. Salazar, E. Rondon and R. Lozano, “Vision-based position control of a two-rotor VTOL miniUAV”, Submitted to Control Engineering Practice Sepecial Issue on Aerial Robotics.

[7] G. Sanahuja, P. Garcıa, P. Castillo and P. Albertos, “Control of unstable delayed systems with input saturations and measurement constraints: An electrical cart application”, 17th IFAC World Congress, Seoul, Corée, juillet 2008.

BibliographieBibliographie

Documents

GT UAV, 26 mars 2009 1 Guillaume Sanahuja La commande des véhicules aériens en utilisant la vision au laboratoire Heudiasyc