autonomous navigation of flaying robot

2. RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE
ministre 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

3. Sommaire :
Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor
Introduction
générale
Historique et
Domaines
D’applications
Modélisation
et commande
du quadrirotor
Implémentation
sous
l’environnement
ROS
conclusion
générale
Résultats de
simulation plus
résultats
expérimentaux

4. Introduction générale
Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor

5. 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.

6. Historique et domaine d’application
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

7. 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

8. Quelques domaines d’application du quadrirotor
Les 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

9. Modélisation et commande du quadrirotor
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

10. 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

11. 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
Motor4
L
f1 f2
f3
f4

12. Rotation autour de l’axe z ( lacet )
(w4 + w2) − (w3 + w1) ≠ 0
déséquilibre 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

13. Modèle dynamique du quadrirotor ?
Modélisation et commande

14. Système d’axe
Le passage entre les deux repères est assuré par une matrice de transformation finale TF.

15. Les vitesses linéaires et angulaires

16. ? L’ÉQUATION DE NEWTON-EULER.
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

17. les équations différentielles décrivant le mouvement du
quadrirotor sont données par:
Modélisation et commande du quadrirotor

18. Conception de l’algorithme de commande

19. Modélisation et commande du quadrirotor
Le contrôleur PID
Commande d’altitude

20. 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++

21. Implémentation de l’algorithme de commande
WIFI
Boucle externe
Vx,Vy,Vz
50HZ Modèle dynamique
W1
Vx,Vy,Rot z ,Altd sonar
50 HZ
W2
W3
W4

22. PRÉSENTATION DE L’ENVIRONNEMENT ROS
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

23. 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

24. RÉSULTATS DE SIMULATION PLUS RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX
Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor

25. Résultat de simulation Résultat expérimental
Commande de l’altitude

26. Commande de l’angle de lacet (yaw)
Résultat expérimentalRésultat de simulation

27. COMMANDE DE LA POSITION
LA TRAJECTOIRE DÉSIRÉE EST :
𝐱 𝐭 = 𝟏𝟎𝟎 ∗ 𝒔𝒊𝒏 𝒕
𝒚 𝐭 = 𝟏𝟎𝟎 ∗ 𝒄𝒐𝒔 𝒕
𝒛 𝐭 = 𝟏 + 𝒕/𝟏𝟎

28. Ce manœuvre est très difficile (variations 3D), Est-ce-que
c’est possible de le réaliser pratiquement ?
Sans perturbations Avec perturbations

29. Résultat expérimental

30. CONCLUSION GÉNÉRALE
Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

31. Dans ce travaille , nous avons appliqué une technique de commande linéaire sur
un drone quadrirotor parrot ardrone 2.0 en se basant sur les mesures provenant
de son IMU. Les résultats expérimentaux obtenus montrent que cette technique
donne de bonnes performances en terme de stabilisation et en terme de
poursuite de trajectoires désirées.