Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TaniaLL_TESE.pdf: 2484902 bytes, checksum: 60ff041bcf8f871f427bab2cadc51ca0 (MD5) Previous issue date: 2013-02-01 / This work deals with the development of a prototype of a helicopter quadrotor for monitoring applications in oil facilities. Anomaly detection problems can be resolved through monitoringmissions performed by a suitably instrumented quadrotor, i.e. infrared thermosensors should be embedded. The proposed monitoring system aims to reduce accidents as well as to make possible the use of non-destructive techniques for detection and location of leaks caused by corrosion. To this end, the implementation of a prototype, its stabilization and a navigation strategy have been proposed. The control strategy is based on dividing the problem into two control hierarchical levels: the lower level stabilizes the angles and the altitude of the vehicle at the desired values, while the higher one provide appropriate references signals to the lower level in order the quadrotor performs the desired movements. The navigation strategy for helicopter quadrotor is made using information provided by a acquisition image system (monocular camera) embedded onto the helicopter. Considering that the low-level control has been solved, the proposed vision-based navigation technique treats the problem as high level control strategies, such as, relative position control, trajectory generation and trajectory tracking. For the position control we use a control technique for visual servoing based on image features. The trajectory generation is done in a offline step, which is a visual trajectory composed of a sequence of images. For the trajectory tracking problem is proposed a control strategy by continuous servovision, thus enabling a navigation strategy without metric maps. Simulation and experimental results are presented to validate the proposal / Esta tese trata do desenvolvimento de um prot?tipo de um helic?ptero quadrirrotor para aplica??es demonitoramento de instala??es petrol?feras. Problemas de detec??o de anomalias podem ser resolvidas atrav?s de miss?es de monitoramento executadas pelo quadrirrotor devidamente instrumentado, ou seja, sensores termo-infravermelhos devem ser embarcados. Este sistema de monitoramento proposto, visa reduzir acidentes de trabalho, bem como tornar poss?vel o uso de t?cnicas n?o destrutivas para detec??o e localiza??o de vazamentos causados por corros?es. Com este fim, a implementa??o de um prot?tipo, sua estabiliza??o e uma estrat?gia de navega??o foram propostas. A estrat?gia de controle baseia-se na divis?o do problema de controle em dois n?veis hier?rquicos: o n?vel inferior estabiliza os ?ngulos e a altitude do ve?culo em valores desejados, enquanto o n?vel superior encarrega-se de fornecer refer?ncias adequadas para o n?vel inferior, assim, o quadrirrotor deve executar movimentos desejados. A estrat?gia de navega??o do quadrirrotor ? feita utilizando informa??es fornecidas por um sistema de aquisi??o de imagens (c?mera monocular) embarcada no helic?ptero. A t?cnica de navega??o proposta trata o problema como estrat?gias de controle em alto n?vel, tais como, controle de posi??o relativa, gera??o de trajet?ria e rastreamento de trajet?ria. O controle de posi??o ? resolvido utilizando t?cnicas de controle por servovis?o baseado em caracter?siticas de imagem. A gera??o de trajet?ria ? feita num passo off-line, a qual ? uma trajet?ria visual composta por uma sequ?ncia de imagens. J? para o rastreamento de trajet?rias ? proposto uma estrat?gia de controle por servovis?o cont?nuo, possibilitando assim, uma estrat?gia de navega??o sem precisar de mapas m?tricos. Resultados experimentais e em simula??o s?o apresentados para validar a proposta

Cette thèse présente un travail complet sur la modélisation, l'identification et la commande des robots parallèles à câbles dans le but d'améliorer les performances dynamiques en termes de rapidité, de précision et de robustesse obtenues, tout en gérant les problèmes liés à l'utilisation de câbles. Dans le cadre de ces recherches, les techniques d'identification et de commande sont améliorées grâce à l'utilisation de mesures extéroceptives, notamment en utilisant la vision. Des méthodes issues des domaines de la robotique et de l'automatique sont mises en oeuvre et comparées. Les validations expérimentales sont effectuées sur un démonstrateur disponible au laboratoire : un robot INCA 6D conçu par la société Haption, équipé d'un système de capture de mouvement Bonita développé par la société Vicon. / This thesis presents a complete work on modelling, identification and control of cable-driven parallel robots in order to improve the dynamic performances in terms of speed, precision and robustness, while managing the problems related to the use of cables. In the context of these researches, the identification and control techniques are improved thanks to the use of exteroceptive sensors, in particular using vision. Methods from the fields of robotics and control are implemented and compared. The experimental validations are performed on a demonstrator available in the laboratory : an INCA 6D robot designed by Haption company, equipped with a Bonita motion capture system developed by Vicon company.

La navigation autonome des voitures robotisées est un domaine largement étudié avec plusieurs techniques et applications dans une démarche coopérative. Elle intègre du contrôle de bas niveau jusqu’à la navigation globale, en passant par la perception de l’environnement, localisation du robot, et autres aspects dans une approche référencée capteurs. Bien qu’il existe des travaux très avancés, ils présentent encore des problèmes et limitations liés aux capteurs utilisés et à l’environnement où la voiture est insérée.Ce travail aborde le problème de navigation des voitures robotisées en utilisant des capteurs à faible coût dans des milieux urbains. Dans cette thèse, nous avons traité le problème concernant le développement d’un système global de navigation autonome référencée capteur appliqué à un véhicule électrique intelligent, équipé avec des caméras et d’autres capteurs. La problématique traitée se décline en trois grands domaines de la navigation robotique : la perception de l’environnement, le contrôle de la navigation locale et la gestion de la navigation globale. Dans la perception de l’environnement, une approche de traitement d’image 2D et 3D a été proposé pour la segmentation de la route et des obstacles. Cette méthode est appliquée pour extraire aussi des caractéristiques visuelles, associées au milieu de la route, pour le contrôle de la navigation locale du véhicule. Avec les données perçues, une nouvelle méthode hybride de navigation référencée capteur et d’évitement d’obstacle a été appliquée pour le suivi de la route. Cette méthode est caractérisée par la validation d’une stratégie d’asservissement visuel (contrôleur délibératif) dans une nouvelle formulation de la méthode “fenêtre dynamique référencée image" (Dynamic Window Approach - DWA, en anglais) (contrôleur réactif). Pour assurer la navigation globale de la voiture, nous proposons l’association des données de cartes numériques afin de gérer la navigation locale dans les points critiques du chemin, comme les intersections de routes. Des essais dans les scénarios difficiles, avec une voiture expérimentale, et aussi en environnement simulé, montrent la viabilité de la méthode proposée. / Autonomous navigation of car-like robots is a large domain with several techniques and applications working in cooperation. It ranges from low-level control to global navigation, passing by environment perception, robot localization, and many others in asensor-based approach. Although there are very advanced works, they still presenting problems and limitations related to the environment where the car is inserted and the sensors used. This work addresses the navigation problem of car-like robots based on low cost sensors in urban environments. For this purpose, an intelligent electric vehicle was equipped with vision cameras and other sensors to be applied in three big areas of robot navigation : the Environment Perception, Local Navigation Control, and Global Navigation Management. In the environment perception, a 2D and 3D image processing approach was proposed to segment the road area and detect the obstacles. This segmentation approach also provides some image features to local navigation control.Based on the previous detected information, a hybrid control approach for vision based navigation with obstacle avoidance was applied to road lane following. It is composed by the validation of a Visual Servoing methodology (deliberative controller) in a new Image-based Dynamic Window Approach (reactive controller). To assure the car’s global navigation, we proposed the association of the data from digital maps in order tomanage the local navigation at critical points, like road intersections. Experiments in a challenging scenario with both simulated and real experimental car show the viabilityof the proposed methodology.

Cette thèse a pour but l'étude de la mise en œuvre de commandes par asservissement visuel pour le contrôle actif d'un écoulement de Poiseuille. D'un point de vue général, le contrôle d'écoulements vise à modifier ou à maintenir l'état de l'écoulement, malgré une éventuelle perturbation extérieure. Une des situations d'intérêt concerne par exemple la transition vers la turbulence où l'écoulement peut devenir turbulent avec la croissance de sa densité d'énergie cinétique. La réduction de la traînée est également une application potentielle dans des problèmes d'ingénierie. Un des buts applicatifs de cette thèse cherchera ainsi à minimiser à la fois la densité d'énergie cinétique et la traînée. Des modèles numériques peuvent être utilisés pour générer un modèle d'état des équations aux dérivées partielles d'un écoulement de Poiseuille. Le modèle d'état considéré dans cette thèse s'appuie sur une représentation spectrale afin de transformer les équations aux dérivées partielles originelles en un système d'équations différentielles ordinaires. Le vecteur d'état rassemble dans notre cas la vitesse et la vorticité. Les signaux de commande dépendent eux de conditions aux limites de type Dirichlet non homogènes qui correspondent à des actions de soufflage/aspiration. Le nombre de degrés de liberté commandé du problème correspond à la dimension du signal de commande. La densité d'énergie cinétique et la traînée sont modélisées en fonction du vecteur d'état et du signal de commande. Dans cette thèse nous avons plus particulièrement considéré un asservissement visuel partitionné. Celui-ci est appliqué au modèle d'état de l'écoulement avec deux degrés de liberté afin de minimiser simultanément la densité d'énergie cinétique et la traînée. La traînée, contrairement à l'énergie cinétique, diminue de façon monotone en fonction du temps. Une augmentation du nombre de degrés de liberté permet d'améliorer la décroissance de la densité d'énergie cinétique. Lorsque le nombre de degré de liberté correspond à la dimension du vecteur d'état, et en s'appuyant sur une commande par asservissement visuel, nous montrons que la densité d'énergie cinétique décroit de façon monotone au cours du temps. Le modèle d'état de l'écoulement de Poiseuille vit dans un espace de très grande dimension. Par conséquent, il est nécessaire d'un point de vue pratique de réduire la dimension du contrôleur. Nous démontrons que la loi de commande s'appuyant sur un modèle réduit peut être appliquée au système complet. Dans ce cas la densité d'énergie cinétique décroit presque de façon monotone au cours du temps en utilisant une commande par asservissement visuel à deux degrés de liberté. / The visual servoing control approach is formulated for the flow control of the plane Poiseuille flow. Generally, the flow control can lead the flow from its current state to a desired state. In transition to turbulence, the growth of kinetic energy density can lead the flow to turbulence. Moreover, the drag reduction is a potential application in the engineering applications. Therefore, this thesis aims to minimize the kinetic energy density and the skin friction drag. The governing equations of the plane Poiseuille flow are modeled to a standard form in the automatic control. More precisely, the partial differential equations of the plane Poiseuille flow are transformed to a state space representation by using the spectral method. The streamwise and spanwise directions are discretized based on the Fourier series while the wall-normal direction is discretized based on the Chebyshev polynomials. The state vector involves the wall-normal velocity and vorticity. The control signals depend on the inhomogeneous Dirichlet boundary conditions which correspond to blowing/suction boundary control. The number of independent control signals is called the number of the degree of freedom. Moreover, the skin-friction drag and the kinetic energy density are modeled as a function of the state vector. The goal is to minimize both the skin-friction drag and the kinetic energy density by appropriate methods. The partitioned visual servoing control is used to minimize, simultaneously, the skin-friction drag and the kinetic energy density with two degrees of freedom. As a result, the behavior of the skin-friction drag monotonically decreases in time. However, the behavior of the kinetic energy density does not monotonically decrease in time, the similar results from the other methods such as: PID and LQR controls. Therefore, the number of the degree of freedom increases, which leads to the improvement of the kinetic energy density. In addition, when the number of the degree of freedom equals the number of state vector, the kinetic energy density monotonically decreases in time by using the visual servoing control. The dimension of linearized plane Poiseuille flow is large, therefore, we need to reduce the order of controller. We demonstrate that the control law based on a mode reduction can be applied for the full system. Moreover, the kinetic energy density almost will monotonically decreases in time even using two degrees of freedom when the visual servoing control is designed based on the model order reduction.

The ability to gather and process information regarding the condition of forest fires is essential to cost-effective, safe, and efficient fire fighting. Advances in sensory and autopilot technology have made miniature unmanned aerial systems (UASs) an important tool in the acquisition of information. This thesis addresses some of the challenges faced when employing UASs for forest-fire perimeter surveillance; namely, perimeter tracking, cooperative perimeter surveillance, and path planning. Solutions to the first two issues are presented and a method for understanding path planning within the context of a forest-fire environment is demonstrated. Both simulation and hardware results are provided for each solution.