Building an autonomous quadrotor using a Parrot Bebop … · 2020-02-03 · Page of 16 Page of 16 and ...
quadrotor
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RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIREministre d’enseignement supérieur et de la recherche scientifique
Faculté de Technologie
DEPARTEMENT : D’électrotechnique
Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du diplôme Master
OPTION : Automatique industrielle
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
Réalisé par : Doukhi oualid
Encadrant: Mr. SID mohamed amin
Sommaire :
Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor
1Introduction générale
2Historique et Domaines
D’applications 3Modélisation
et commandedu quadrirotor
4Implémentation sous
l’environnement ROS
6conclusion générale
5Résultats de simulation plus
résultats expérimentaux
Introduction générale1
Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor
Le principal défi scientifique :• complexité de leur comportement
dynamique • commande et navigation autonome. Dans
ce sens,
• trois mouvements de rotation et trois mouvements de translation , par conséquent est un robot sous actionné.
• Les 4 rotors généralement placés aux extrémités d’une croix.
• deux hélices doivent tourner dans un sens, et les deux autres dans le sens contraire
Qu’est qu’un quadrirotor?
Un quadrirotor
Objectif principal Conception et implémentation d’un algorithme permettant le suivi d’une trajectoire désirée.
2 Historique et domaine d’application
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
LE premier quadrirotor était le gyroplane 1 conçu par les frères scientifique fronçais (Louis et Jaque Breguet ) en collaboration avec le professeur Charles Richet en 1907 En 1920 Etienne Oemichen a commencé ses expériences dans la conception des aéronefs à voilures tournantes
Dans les années 50, Convertawings a construit un quadrirotor, Ce véhicule a été commandé en changeant la poussée fournie par chaque rotor, Le quadrirotor de Convertawings a été piloté avec succès
Breguet Richet Gyro1 -1907
Oemichen -1920
Convertawings Model A 1956
Quelques domaines d’application du quadrirotorLes quadrirotors rentrent dans plusieurs applications militaires et civiles
Surveillance et collecte d’informations le quadrirotor fait des voles périodiques dans le but est de surveiller la Maison Blanche
3 Modélisation et commande du quadrirotor
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
Au long de l’axe z
La montée f1 + f2 + f3 + f4 > −mg La descente
f1 + f2 + f3 + f4 < −mg
Les mouvements du quadrirotor
z
y
x
f1
f2
f3
f4
p
My=M1 +M2 +M3 +M4 ≠ 0(pas d’équilibre des moments )D’autre part nous constatons que les deux autres mouvements de translations (selon x ou y) sont obtenus simultanément
Rotation autour des axes y et x (tangage et roulis )
y
z
x
Motor1
Motor2
Motor3
Motor4L
f1 f2
f3
f4
Rotation autour de l’axe z ( lacet )
(w4 + w2) − (w3 + w1) ≠ 0déséquilibre des vitesses de moteurs
Mz=tr4+tr2-tr1-tr3=b(w4^2+w2^2-w1^2-w3^2)
Les mouvements du quadrirotor
z
y
x
L
tr4
tr2
Modèle dynamique du quadrirotor ?
Modélisation et commande
Système d’axeLe passage entre les deux repères est assuré par une matrice de transformation finale TF.
Les vitesses linéaires
Les vitesses linéaires et angulaires
Les vitesses angulaires
? L’ÉQUATION DE NEWTON-EULER.
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
les équations différentielles décrivant le mouvement du quadrirotor sont données par:
Modélisation et commande du quadrirotor
Conception de l’algorithme de commande
Modélisation et commande du quadrirotor
Le contrôleur PID
Commande d’altitude
Modélisation et commande du quadrirotor
Commande de la position
Dans la suite, ces trois régulateurs seront implémentés dans un drone réel (Ardrone) sous l'environnement de développement ROS en utilisant le langage de programmation C++
Implémentation de l’algorithme de commande
WIFI
ROS
Boucle externe
Vx,Vy,Vz
50HZ Modèle dynamique
W1
Vx,Vy,Rot z ,Altd sonar50 HZ
W2
W3
W4
4 PRÉSENTATION DE L’ENVIRONNEMENT ROS
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
Présentation de l’environnement ROS
C’est un environnement open source destiné au développement de logiciels robotiques. ROS a été créée en 2007 par le Laboratoire d’intelligence artificielle de Stanford avec l’appui du projet l’AI Robot Stanford
RÉSULTATS DE SIMULATION PLUS RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX5
Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor
Résultat de simulation Résultat expérimental
Commande de l’altitude
Commande de l’angle de lacet (yaw)
Résultat expérimental Résultat de simulation
COMMANDE DE LA POSITIONLA TRAJECTOIRE DÉSIRÉE EST :
Ce manœuvre est très difficile (variations 3D), Est-ce-que c’est possible de le réaliser pratiquement ?
Sans perturbations Avec perturbations
Résultat expérimental
6 CONCLUSION GÉNÉRALE
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
Dans ce travaille , nous avons appliqué une technique de commande linéaire surun drone quadrirotor parrot ardrone 2.0 en se basant sur les mesures provenantde son IMU. Les résultats expérimentaux obtenus montrent que cette techniquedonne de bonnes performances en terme de stabilisation et en terme de poursuite de trajectoires désirées.
Merci pour votre attention