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Robotique

Plate­forme UAV : Unmanned Aer­i­al Vehicles.

Présentation de la plateforme

La plate­forme mini-drones du lab­o­ra­toire Heudi­asyc se com­pose de plusieurs démon­stra­teurs, d’un envi­ron­nement logi­ciel et de sup­port expéri­men­tal. Le but de cette plate­forme est d’aider à la val­i­da­tion expéri­men­tale des recherch­es en con­trôle com­mande et en robo­t­ique. Les activ­ités de recherche sont prin­ci­pale­ment la con­cep­tion, la mod­éli­sa­tion et le con­trôle de mini véhicules aérien (mut­li-rotors).

Les démon­stra­teurs sont com­posés de mini drones conçus et réal­isés au lab­o­ra­toire Heudi­asyc, tels que les octoro­tors dans le cadre de l’Equipex Robo­t­ex ; ain­si que de quadriro­tors de chez Par­rot. Les deux types de drones étant com­pat­i­bles avec notre frame­work logiciel.

La plate­forme est soutenue par les tutelles d’Heudiaysc :

  • le CNRS ;
  • l’Université de Tech­nolo­gie de Compiègne ;

ain­si que par :

  • la région Hauts-de-France ;
  • le pro­gramme d’investissements d’avenir (PIA) de l’agence nationale de la recherche (ANR) ;
  • des pro­jets FUI  (fonds unique interministériel).

Historique de la plateforme

Le lab­o­ra­toire a débuté ses recherch­es sur les véhicules aériens en 1997, les chercheurs étaient alors con­sid­érés comme des pio­nniers en France dans ce domaine au début des années 2000. L’objectif ini­tial était la con­cep­tion et le con­trôle de mini véhicules aériens ; le con­trôle com­mande et la robo­t­ique étant le domaine d’expertise de ce groupe de chercheurs. Cette équipe s’est intéressée à plusieurs con­fig­u­ra­tions :  mul­ti-rotors, avions et con­vert­ibles (capa­bles de décol­lage et atter­ris­sage ver­ti­cal, et de vol horizontal).

Les pre­miers sup­ports financiers pour ces recherch­es sont venus de :

  • Pro­jets régionaux ;
  • Chal­lenges mini drones organ­isés par l’Onera et la DGA (2003–2005 et 2007–2009).

En 2011, l’Equipex Robo­t­ex (du pro­gramme d’investissements d’avenir de l’agence nationale de la recherche) a financé cette plate­forme de recherche lui per­me­t­tant d’acquérir des équipements de haut niveau.

Démonstrateurs

MODUL-AIR

  • Drones octoro­tors per­me­t­tant des tests avancés pour la recherche
  • Struc­ture mod­u­laire pou­vant inté­gr­er des cap­teurs haut de gamme (ex : Lidar, GPS RTK, caméras HD, etc)
  • Appli­ca­tions de tolérance aux fautes (redon­dance d’ac­tion­neurs), de vision (suivi de ligne automa­tisé, sta­bil­i­sa­tion par flux optique)
  • Charge utile 1.1 Kg

Flotte de mini-drones

  • Drones quadriro­tors de prototypage
  • Com­mu­ni­ca­tion inter-drones
  • Com­mande robuste, agressive
  • Com­mande dis­tribuée de flottes
  • Appli­ca­tions de vision pour la nav­i­ga­tion et le suivi des visages
  • Sûreté de fonctionnement

X‑AIR

  • Drone octoro­tor à pro­tec­tion pas­sive, sans struc­ture rigide entre les moteurs
  • Per­met d’aller au con­tact des objets ou des per­son­nes sans risque
  • Tech­nolo­gie sim­i­laire au Modul-AIR
  • Val­ori­sa­tion du savoir-faire dans la con­cep­tion et la réal­i­sa­tion de drones (mécanique, élec­tron­ique et logiciel)

Hydro-lift

  • Forte capac­ité d’emport
  • Grande autonomie util­isant la tech­nolo­gie hydraulique
  • Pro­jet mené au sein d’une Chaire Indus­trielle dédiée à la tech­nolo­gie hydraulique
  • Col­lab­o­ra­tion entre les lab­o­ra­toires Rober­val et Heudiasyc

Support expérimental

Arènes de vol

  • Arène de vol intérieure 10x12x6m, équipée de motion cap­ture (24 caméras, pré­ci­sion 1mm), et d’une salle de super­vi­sion isolée
  • Arène de vol extérieure 18x36x7m, entière­ment close, à prox­im­ité d’une base GPS RTK

Ateliers

  • Lab­o­ra­toire mobile et base GPS RTK
  • Ate­liers mécanique, élec­tron­ique et infor­ma­tique embarquée

FL-AIR

Le logi­ciel, appelé FL-AIR (Frame­work Libre Air) a été dévelop­pé au sein du ser­vice plate­formes d’Heudi­asyc dans le but de faciliter l’in­té­gra­tion et les essais des algo­rithmes issus des domaines de recherche. 

Ce Frame­work est basé sur Lin­ux et est com­pat­i­ble avec Xeno­mai (temps réel); il per­met notam­ment d’ab­straire toutes les couch­es de com­mu­ni­ca­tion et temps réel. Ori­en­té vers la recherche, la con­struc­tion d’une sta­tion sol per­me­t­tant de sur­veiller et d’intervenir sur tous les états du drone est automatique. 

Un sim­u­la­teur, basé sur le Frame­work FL-AIR, a égale­ment été dévelop­pé afin de pou­voir tester en toute sécu­rité les pro­grammes sur un PC avant tout vol réel. Ain­si, toutes les erreurs de pro­gram­ma­tion peu­vent être iden­ti­fiées et cor­rigées sans risque. Un envi­ron­nement 3D per­met égale­ment de simuler tous les cap­teurs  embar­qués dans le drone (caméra, LIDAR, etc).

FL-AIR est un logi­ciel open source et pro­tégé par l’Inter Deposit Dig­i­tal Num­ber : IDDN.FR.001.490010.000.R.P.2015.000.20600.

FL-Air est télécharge­able à l’adresse suiv­ante : https://devel.hds.utc.fr/software/flair

CUSCUS

La fusion actuelle des domaines de recherche en réseau et en con­trôle, dans le cadre des appli­ca­tions robo­t­iques, crée des oppor­tu­nités de recherche et développe­ment fasci­nantes. Cepen­dant, les out­ils pour une ges­tion cor­recte et facile des expéri­ences restent à la traîne.

Nous comblons cette lacune en pro­posant un nou­veau sim­u­la­teur pour le con­trôle des sys­tèmes en réseau, appelé Com­mU­ni­ca­tionS-Con­trol dis­trib­Uted Sim­u­la­tor (CUSCUS). Dif­férem­ment de l’é­tat de l’art, CUSCUS per­met de simuler à la fois un /réseau d’UAV et leur con­trôle de vol/, via l’in­té­gra­tion de deux out­ils exis­tants: le sim­u­la­teur Frame­work Libre AIR (FL-AIR) et le sim­u­la­teur de réseau grand pub­lic [NS‑3].

CUSCUS com­prend égale­ment un mod­ule de scé­nario pour faciliter le charge­ment des scé­nar­ios, directe­ment depuis OpenStreetMap.

Front-end (Under Con­struc­tion at UTC GitLab)

Back-End (avail­able at UTC Git­Lab): https://gitlab.utc.fr/zemanico/CUSCUS

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