Visual servoing on deformable objects : an application to tether shape control
Asservissement visuel sur des objets déformables : une application au contrôle de forme d'ombilicaux sous-marins
Résumé
This thesis addresses the problem of tether shape contrai for small remotely operated underwater vehicles (mini-ROVs), which are suitable, thanks to their small size and high maneuverability, for the exploration of shallow waters and cluttered spaces. The management of the tether is, however, a hard task, since these robots do not have enough propulsion power to counterbalance the drag forces acting on the tether cable. ln order to cape with this problem, we introduced the concept of a Chain of miniROVs, where several robots are linked to the tether cable and can, together, manage the external perturbations and contrai the shape of the cable. We investigated the use of the embedded cameras to regulate the shape of a portion of tether linking two successive robots, a leader and a follower. Only the follower robot deals with the tether shape regulation task. The leader is released to explore its surroundings. The tether linking bath robots is assumed to be negatively buoyant and is modeled by a catenary. The tether shape parameters are estimated in real-time by a nonlinear optimization procedure that fits the catenary model to the tether detected points in the image. The shape parameter regulation is thus achieved through a catenary-based contrai scheme relating the robot motion with the tether shape variation. The proposed visual servoing contrai scheme has proved to properly manage the tether shape in simulations and real experiments in pool.
Cette thèse porte sur le problème du contrôle de la forme d'ombilicaux pour des robots sous-marins légers téléopérés (mini-ROVs), qui conviennent, grâce à leur petite taille et grande manoeuvrabilité, à l'exploration des eaux peu profondes et des espaces encombrés. La régulation de la forme de l'ombilical est cependant un tâche difficile, car ces robots n'ont pas une puissance de propulsion suffisante pour contrebalancer les forces de traînée du câble. Pour faire face à ce problème, nous avons introduit le concept de Cordée de mini-ROVs, dans lequel plusieurs robots sont reliés à l'ombilical et peuvent, ensemble, contrebalancer les perturbations extérieures et contrôler la forme du câble. Nous avons étudié l'utilisation des caméras embarquées pour réguler la forme d'une portion de l'ombilical reliant deux robots successifs, un leader et un suiveur. Seul le robot suiveur se chargera de la tâche de régulation de la forme du câble. Le leader est libéré pour explorer ses alentours. L'ombilical est supposé être légèrement pesant et donc modélisé par une chaînette. Les paramètres de forme du câble sont estimés en temps réel par une procédure d'optimisation non-linéaire qui adapte le modèle de chaînette aux points détectés dans les images des caméras. La régulation des paramètres de forme est obtenue grâce à une commande reliant le mouvement du robot à la variation de la forme de l'ombilical. L'asservissement visuel proposé s'est avéré capable de contrôler correctement la forme du câble en simulations et expériences réalisées en basin.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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