Approche couplée ou centralisée

Un contrôleur centralisé ou couplé, pour un système de manipulation, considère le mo-dèle dynamique complet pour la commande, il contrôle à la fois la plate-forme aérienne et le manipulateur robotique. Cette approche globale considère le problème de couplage comme un problème interne, il est extrêmement précis, strict et complexe. Le modèle du système doit être intégral dès le début de la modélisation cinématique et dynamique. D’autre part, plusieurs chercheurs ont adopté une approche dite globale simplifiée, cette dernière applique directement l’algorithme de contrôle traditionnel d’un UAV aux mani-pulateurs aériens, simple et facile à mettre en œuvre, mais inexact. Il est considéré comme la première version de l’approche globale. L’approche globale considère les manipulateurs aériens comme un tout, mais complexe. Le schéma de principe de l’approche couplée est illustré sur la figure (6.1).

6.2. Approches de contrôle pour les manipulateurs aériens 121 × − Controleur Q-PRR Capteurs ξ^d_{i e} u_i ξ_i ξ^m_i

Figure 6.1 – Schéma bloc de la commande couplée.

Quelle que soit la méthode utilisée pour dériver le modèle dynamique, plusieurs approches basées sur des modèles ont été développées jusqu’ici. L’approche simplifiée a été utilisée dans [134] où l’estimation de la masse et le décalage du centre de masse du système sont considérés dans le bloc de contrôle en utilisant un contrôleur PID pour le quadrotor équipé d’une pince attachée au-dessous. Des tâches de saisie et de manipulation en utilisant un système inspiré des animaux sont abordées dans [119] où les données GPS et une caméra VICON sont utilisées pour le contrôle du système.

Une étude très intéressante a été initiée dans [167, 169], où une comparaison entre le comportement et la stabilité d’un hélicoptère et d’un quadrotor lors de la manipulation et la préhension d’une charge est étudiée, avec un contrôleur de type (PID) pour la tâche de préhension en utilisant une pince fixée sur l’hélicoptère. Les résultats ont indiqué que le quadrotor était plus sensible aux changements au niveau du centre de masse (CoM) causés par la charge. Cependant, il ne peut être appliqué qu’aux situations où la charge doit être placée au-dessus du (CoM) du l’engin volant. Un quadrotor à faible coût avec une pince pour la préhension et la manipulation d’objet a été présentée dans [61,60]. Un contrôleur (PID) imbriqué a été utilisé pour permettre le positionnement précis, la détection et la manipulation d’objets, et la stabilisation vis-à-vis l’interaction avec les objets.

L’application des lois de commande pour un modèle dynamique complet (couplé) a été développée pour un drone avec un système de manipulation dans certains projets. Une commande d’impédance cartésienne modifiée exploitant la redondance a été présentée pour surmonter les défis de l’interférence et de la modélisation aérodynamique [120], toute la dynamique du système composé par d’un quadrotor et d’un manipulateur été couplée et elle a été présenté pour la première fois. Par ailleurs, une couche de bas niveau basée sur la théorie de contrôle en retour de sortie associé à une couche supérieure par un contrôleur de rétroaction d’asservissement visuel basé sur une image externe est pré-senté dans [129] pour un système de manipulation aérienne. Un contrôleur a été amélioré pour adapter les manipulateurs aériens à des tâches de multi-coopération dans [130]. Un système de contrôle hybride combinant l’asservissement visuel pour le contrôle avec une tâche hiérarchique du contrôle a été appliqué pour la manipulation aérienne dans [28,

Un modèle hybride a été introduit dans [236,188] pour décrire la mission de transport d’un quadrotor avec une charge suspendue par câble. Une trajectoire nominale avec différentes contraintes a été planifiée, de sorte que le mouvement dynamique du quadrotor sous la condition que le balancement de la charge était possible. Ensuite, le suivi de l’attitude du quadrotor, l’attitude de la charge et de la position dans l’espace tridimensionnel a été réalisé en utilisant le contrôle géométrique.

Un processus de préhension des charges élaboré dans [158, 39, 38] a été divisé en trois parties, : configurer, tirer et lever, en utilisant la théorie connexe des systèmes hybrides et en utilisant un état discret pour déterminer le point de cheminement-clé qui doit être traversé. Une trajectoire lisse a été générée en utilisant la théorie de l’accrochage minimum dans [131] où un contrôleur adaptatif a été conçu en combinant le contrôle géométrique avec la théorie de l’estimation par moindres carrés.

Dans [105,154] un système considéré comme hybride est divisé en quatre phases compre-nant les phases de vol, de déploiement du bras manipulateur, d’adaptation et de manipu-lation avec différents algorithmes adaptatifs appliqués aux différentes phases pour assurer la stabilité. Une tâche de rotation des soupapes a été réalisée par une commande d’as-servissement visuel et un réglage programmé de gain. Une méthode de contrôle adaptatif par référence de modèle MRAC basée sur la théorie de Lyapunov a été introduite pour traiter les changements du CoM et de l’inertie, ainsi que la perturbation externe pendant la manipulation, le couplage entre l’environnement et le manipulateur aérien a été divisé en trois catégories : couplage momentané, couplage lâche et couplage fort [153].

Un contrôleur pour le modèle complet basé sur la rétroaction LQR est conçu près du point d’équilibre de l’ensemble du système [230]. Un contrôleur adaptatif en mode de glissement est introduit dans [98]. Un contrôleur basé sur l’approche backstepping pour un UAM qui utilise le modèle dynamique complet en mode couplée est abordé dans [71], tandis qu’un contrôleur d’admission pour le bras manipulateur est conçu. La linéarisation par retour d’état et la dynamique du zéro stable sont exploitées dans [140].

Dans [122] l’auteur a utilisé « Cartesian impedance control » en utilisant un modèle dynamique dans l’espace opérationnel et a prouvé la stabilité du système en utilisant le théorème de Lyapunov. Le contrôleur de position est conçu pour effectuer le suivi de la position réelle à la destination souhaitée. Cependant, il est incapable de conduire le véhicule étant directement une boucle de contrôle externe. L’attitude de roulis et de tangage souhaitée peut être obtenue à partir du contrôleur de position.

Une combinaison d’ordonnancement de gain avec un contrôleur adaptatif basé sur Lyapu-nov MRAC est traité dans [154]. Un contrôleur hiérarchique, employant un algorithme pour la cinématique inverse en boucle fermée CLIKA dans les premières couches, est

6.2. Approches de contrôle pour les manipulateurs aériens 123 conçu dans [8]. Un filtre d’impédance basé sur les mesures de clé fournies par un cap-teur monté sur le poignet du bras manipulacap-teur, un module de la cinématique inverse et un contrôleur de mouvement sont associées pour réduire les forces d’interaction de l’or-gane terminal avec l’environnement dans [35]. D’autres travaux théoriques ont révélé une structure sous-jacente de la dynamique centralisée aidant à la conception du contrôleur dans [230]. En fonction du multirotor employé, il est possible que le système mécanique soit redondant pour une tâche donnée. Par conséquent, un contrôle d’impédance cartésien avec la résolution de redondance est décrit dans [120]. Une stratégie de contrôle proposée par [135] utilise un dispositif en cascade comprenant un contrôleur cinématique et un contrôleur de la dynamique inverse, dont l’objectif principal est de suivre une trajectoire souhaitée pour l’organe terminal tout en maintenant le système global stable.

Dans [164] l’auteur a négligé les termes de couplage inertiel pour concevoir le contrôleur du manipulateur aérien, le système devient découplé pour les contrôleurs de la position et de l’attitude, ensuite un terme adaptatif permet non seulement de faire face aux inévi-tables incertitudes de modélisation mais aussi de contrer l’effet des termes dynamiques intentionnellement négligés dans la conception de la loi de contrôle.

Des méthodes basées sur la dynamique inverse et la commande sans modèle sont proposées dans cette section [24], un modèle dynamique global pour le Q-PRR est développé avec un bloc de génération de mouvement basé sur les algorithmes des modélisations géométriques directe et inverse vues dans le chapitre (3).