Conception et Contrôle de Nouveaux Robots Aériens pour la Manipulation à Contacts Multiples

Publié le
Equipe
Lieu
Centre Inria de l'Université de Rennes
Unité de recherche
IRISA - UMR 6074
Description du sujet de la thèse

Les robots aériens (communément appelés "drones") sont actuellement largement utilisés pour observer l'environnement à des fins de surveillance et de suivi dans des applications telles que l'agriculture, la cartographie, etc. Cependant, si les robots aériens étaient également capables de manipuler efficacement l'environnement (en interagissant physiquement avec lui), les domaines d'application pourraient être étendus vers de nouveaux secteurs tels que l'inspection basée sur le contact, l'assemblage et la construction, etc. Cependant, le contact est actuellement synonyme de collision et est donc évité. La nature instable des robots aériens, ainsi que leur dynamique non linéaire et leur perception limitée basée sur la vision, rendent le problème de la manipulation dans des environnements réels extrêmement difficile et délicat.

Cependant, malgré leurs excellents résultats , ces manipulateurs aériens existants sont limités par conception à un seul point de contact avec l'environnement, et l'accomplissement de tâches complexes nécessite souvent plusieurs points de contact. Ce problème pourrait être surmonté en envisageant des manipulateurs aériens à plusieurs bras. Nous anticipons que ces véhicules seront efficaces dans deux scénarios : i) dans un cas, un bras pourrait améliorer la stabilité globale de la plateforme aérienne en saisissant quelque chose (réduisant également la consommation d'énergie de la batterie due au vol pur), tandis que les autres accompliraient l'action souhaitée ou ii) tous pourraient coopérer pour réaliser une manipulation précise et habile. Cette approche est destinée à révolutionner divers domaines d'application, notamment l'inspection, la construction, la maintenance, avec un accent particulier sur les approches écologiques.

En ce qui concerne ces dernières, elles peuvent considérablement améliorer la récolte de précision et l'échantillonnage biologique de la végétation, la taille ou les opérations en présence de gaz dangereux dus aux biomasses. De plus, elles peuvent être utilisées dans la dispersion précise de fluides, tels que des produits naturels en agriculture ou de l'eau dans des opérations d'extinction d'incendie, et enfin dans la surveillance et la maintenance des installations d'énergie renouvelable (par exemple, panneaux solaires, éoliennes et barrages). En général, de tels manipulateurs aériens sont efficaces dans toutes les situations qui nécessitent une manipulation complexe dans des endroits difficilement accessibles ou potentiellement dangereux.

 

Zanzabot rapprochera les robots aériens beaucoup plus rapidement des  applications réelles que ce que l'investigation actuelle basée sur des  architectures à bras unique pourrait accomplir.

Bibliographie
  1. S. Sun and A. Franchi, "Nonlinear MPC for Full-Pose Manipulation of a Cable-Suspended Load using Multiple UAVs," 2023 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Warsaw, Poland, 2023, pp. 969-975.
     
  2. Sanalitro, D. (2022). Aerial Cooperative Manipulation: full pose manipulation in air and in interaction with the environment (Doctoral dissertation, INSA de Toulouse).
     
  3. D. Sanalitro, H. Savino, M. Tognon, J. Cortés, and  A. Franchi “Full-pose manipulation control of a cable-suspended load with multiple UAVs under uncertainties”. IEEE Robotics and Automation Letters, 2020,5(2), 2185-2191.
     
  4. C. Gabellieri, M. Tognon, D. Sanalitro and A. Franchi, "Force-Based Pose Regulation of a Cable-Suspended Load Using UAVs with Force Bias,” 2023 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Detroit, MI, USA, 2023, pp. 6920-6926.
     
  5. N. de Carli, P. Salaris, P. Robuffo Giordano. Multi-Robot Active Sensing for Bearing Formations. MSR 2023 - IEEE International Symposium on Multi-Robot & Multi-Agent Systems, Dec 2023, Boston (MA), United States. pp.1-7.
     
  6. L. Guanrui, and G. Loianno. "Nonlinear Model Predictive Control for Cooperative Transportation and Manipulation of Cable Suspended Payloads with Multiple Quadrotors." arXiv preprint arXiv:2303.06165 (2023).
     
  7. A. Ollero, M. Tognon, A. Suarez, D. J. Lee, and A. Franchi. ``Past, present, and future of aerial robotic manipulators.’’ IEEE Trans. on Robotics, 2021.
     
  8. S., Ola, and M. Schwager. "Distributed Model Predictive Control via Separable Optimization in Multi-Agent Networks." IEEE Transactions on Automatic Control (2023).
     
  9. L. Peric, Brunner, M., Bodie, K., M. Tognon, and Siegwart, R., “Direct Force and Pose NMPC with Multiple Interaction Modes for Aerial Push-and-Slide Operations”, in 2021 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Xi’an, China, 2021
Liste des encadrants et encadrantes de thèse

Nom, Prénom
Tognon Marco
Type d'encadrement
Directeur.trice de thèse
Unité de recherche
Centre Inria de l’Université de
Equipe

Nom, Prénom
Robuffo Giordano Paolo
Type d'encadrement
Co-encadrant.e
Unité de recherche
IRISA
Equipe
Contact·s
Nom
Tognon Marco
Email
marco.tognon@inria.fr
Mots-clés
Aerial Robotics, Multi-Robot, Manipulation, Control