Algorithms for estimation and control of quadrirotors in physical interaction with their environment
Algorithmes d’estimation et de commande pour des quadrirotors en interaction physique avec l’environnement
Résumé
In recent years, the field of aerial robotics has been improved, allowing the UAVs to apply a controlled wrench on their environment or on an object while flying.Inspired by the use of contacts in legged robots, in this Thesis, we propose the idea of exploiting physical contact with the environment for the purpose of ‘locomotion’ during flight, with the goal of going beyond the common thought that the surrounding environment is a constraint to avoid. These ideas are studied and demonstrated in simulations and experiments on a novel aerial platform consisting of a quadrotor with a 1-dof arm that realizes maneuvers by leveraging contacts with pivot points. Additionally, we also study the problem of generating trajectories that are most insensitive to variations in the model parameters.This problem has a general validity for any robot, and it is particularly relevant for UAVs because of the high uncertainty in their inertial parameters and actuation. In order to address these issues, we define and leverage the novel notion of "closed-loop state sensitivity" for generating trajectories that are minimally-sensitive to parameters with high robustness guarantees.
Le champ de la robotique aérienne pour l’interaction physique permet aujourd’hui à un robot aérien d’appliquer un effort maîtrisé sur un objet ou sur l’environnement alors qu’il vole. En s’inspirant de l’utilisation des contacts faite en robotique humanoïde, nous proposons dans cette thèse de s’appuyer sur ces approches pour dépasser l’idée que l’environnement est une contrainte, en exploitant le contact physique avec celui-ci dans le but de réaliser de la locomotion aérienne. Cette idée est étudiée et démontrée au travers de simulations et expérimentations d’une nouvelle plateforme robotique aérienne consistant en un quadrirotor équipé d’un bras robotique a 1 degré de liberté. D’autre part, nous avons aussi étudié le problème de la génération de trajectoires dont la sensibilité aux paramètres du modèle est minimale. Ce problème est généralisé à n’importe quel robot, et se révèle particulièrement approprié dans le cas du quadrirotor du fait de l’incertitude importante concernant ses paramètres inertiels et d’actionnement. Pour traiter ce problème, nous définissons et utilisons la ''sensibilité de l’état aux paramètres'' afin de générer des trajectoires dont la sensibilité aux paramètres est minimale, garantissant une forte robustesse.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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