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Le, Barz Cédric. "Navigation visuelle pour les missions autonomes des petits drones". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066424/document.
Texto completoResumen
Lors de dette dernière décennie, l'évolution des technologies a permis le développement de drones de taille et de poids réduit aptes à évoluer dans des environnements intérieurs ou urbains. Pour exécuter les missions qui leur sont attribuées, les drones doivent posséder un système de navigation robuste, comprenant, notamment, une fonctionnalité temps réel d'ego-localisation précise dans un repère absolu. Nous proposons de résoudre cette problématique par la mise en correspondance des dernières images acquises avec des images géoréférencées de type Google Streetview.Dans l'hypothèse où il serait possible pour une image requête de retrouver l'image géo-référencée représentant la même scène, nous avons tout d'abord étudié une solution permettant d'affiner la localisation grâce à l'estimation de la pose relative entre ces deux images. Pour retrouver l'image de la base correspondant à une image requête, nous avons ensuite étudié et proposé une méthode hybride exploitant à la fois les informations visuelles et odométriques mettant en oeuvre une chaîne de Markov à états cachés. Les performances obtenues, dépendant de la qualité de la mesure de similarité visuelle, nous avons enfin proposé une solution originale basée sur l'apprentissage supervisé de distances permettant de mesurer les similarités entre les images requête et les images géoréférencées proches de la position supposéeIn this last decade, technology evolution has enabled the development of small and light UAV able to evolve in indoor and urban environments. In order to execute missions assigned to them, UAV must have a robust navigation system, including a precise egolocalization functionality within an absolute reference. We propose to solve this problem by mapping the latest images acquired with geo-referenced images, i.e. Google Streetview images.In a first step, assuming that it is possible for a given query image to retrieve the geo-referenced image depicting the same scene, we study a solution, based on relative pose estimation between images, to refine the location. Then, to retrieve geo-referenced images corresponding to acquired images, we studied and proposed an hybrid method exploiting both visual and odometric information by defining an appropriate Hidden Markov Model (HMM), where states are geographical locations. The quality of achieved performances depending of visual similarities, we finally proposed an original solution based on a supervised metric learning solution. The solution measures similarities between the query images and geo-referenced images close to the putative position, thanks to distances learnt during a preliminary step
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Le, Barz Cédric. "Navigation visuelle pour les missions autonomes des petits drones". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2015PA066424.pdf.
Texto completoResumen
Lors de dette dernière décennie, l'évolution des technologies a permis le développement de drones de taille et de poids réduit aptes à évoluer dans des environnements intérieurs ou urbains. Pour exécuter les missions qui leur sont attribuées, les drones doivent posséder un système de navigation robuste, comprenant, notamment, une fonctionnalité temps réel d'ego-localisation précise dans un repère absolu. Nous proposons de résoudre cette problématique par la mise en correspondance des dernières images acquises avec des images géoréférencées de type Google Streetview.Dans l'hypothèse où il serait possible pour une image requête de retrouver l'image géo-référencée représentant la même scène, nous avons tout d'abord étudié une solution permettant d'affiner la localisation grâce à l'estimation de la pose relative entre ces deux images. Pour retrouver l'image de la base correspondant à une image requête, nous avons ensuite étudié et proposé une méthode hybride exploitant à la fois les informations visuelles et odométriques mettant en oeuvre une chaîne de Markov à états cachés. Les performances obtenues, dépendant de la qualité de la mesure de similarité visuelle, nous avons enfin proposé une solution originale basée sur l'apprentissage supervisé de distances permettant de mesurer les similarités entre les images requête et les images géoréférencées proches de la position supposéeIn this last decade, technology evolution has enabled the development of small and light UAV able to evolve in indoor and urban environments. In order to execute missions assigned to them, UAV must have a robust navigation system, including a precise egolocalization functionality within an absolute reference. We propose to solve this problem by mapping the latest images acquired with geo-referenced images, i.e. Google Streetview images.In a first step, assuming that it is possible for a given query image to retrieve the geo-referenced image depicting the same scene, we study a solution, based on relative pose estimation between images, to refine the location. Then, to retrieve geo-referenced images corresponding to acquired images, we studied and proposed an hybrid method exploiting both visual and odometric information by defining an appropriate Hidden Markov Model (HMM), where states are geographical locations. The quality of achieved performances depending of visual similarities, we finally proposed an original solution based on a supervised metric learning solution. The solution measures similarities between the query images and geo-referenced images close to the putative position, thanks to distances learnt during a preliminary step
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Stolle, Martin Tobias. "Vers le vol à voile longue distance pour drones autonomes". Thesis, Toulouse, ISAE, 2017. http://www.theses.fr/2017ESAE0006.
Texto completoResumen
Les petit drones à voilure fixe rendent services aux secteurs de la recherche, de l'armée et de l'industrie, mais souffrent toujours de portée et de charge utile limitées. Le vol thermique permet de réduire la consommation d'énergie. Cependant,sans télédétection d'ascendances, un drone ne peut bénéficier d'une ascendance qu'en la rencontrant par hasard. Dans cette thèse, un nouveau cadre pour le vol à voile longue distance autonome est élaboré, permettant à un drone planeur de localiser visuellement des ascendances sous-cumulus et d’en récolter l'énergie de manière efficace. S'appuyant sur le filtre de Kalman non parfumé, une méthode de vision monoculaire est établie pour l'estimation des paramètres d’ascendances. Sa capacité de fournir des estimations convergentes et cohérentes est évaluée par des simulations Monte Carlo. Les incertitudes de modèle, le bruit de traitement de l'image et les trajectoires de l'observateur peuvent dégrader ces estimés. Par conséquent, un deuxième axe de cette thèse est la conception d'un planificateur de trajectoire robuste basé sur des cartes d'ascendances. Le planificateur fait le compromis entre le temps de vol et le risque d’un atterrissage forcé dans les champs tout en tenant compte des incertitudes d'estimation dans le processus de prise de décision. Il est illustré que la charge de calcul du planificateur de trajectoire proposé est réalisable sur une plate-forme informatique peu coûteuse. Les algorithmes proposés d’estimation ainsi que de planification sont évalués conjointement dans un simulateur de vol à 6 axes, mettant en évidence des améliorations significatives par rapport aux vols à voile longue distance autonomes actuelsSmall fixed-wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) provide utility to research, military, and industrial sectors at comparablyreasonable cost, but still suffer from both limited operational ranges and payload capacities. Thermal soaring flight for UAVsoffers a significant potential to reduce the energy consumption. However, without remote sensing of updrafts, a glider UAVcan only benefit from an updraft when encountering it by chance. In this thesis, a new framework for autonomous cross-country soaring is elaborated, enabling a glider UAV to visually localize sub-cumulus thermal updrafts and to efficiently gain energy from them.Relying on the Unscented Kalman Filter, a monocular vision-based method is established, for remotely estimatingsub-cumulus updraft parameters. Its capability of providing convergent and consistent state estimates is assessed relyingon Monte Carlo Simulations. Model uncertainties, image processing noise, and poor observer trajectories can degrade theestimated updraft parameters. Therefore, a second focus of this thesis is the design of a robust probabilistic path plannerfor map-based autonomous cross-country soaring. The proposed path planner balances between the flight time and theoutlanding risk by taking into account the estimation uncertainties in the decision making process. The suggested updraftestimation and path planning algorithms are jointly assessed in a 6 Degrees Of Freedom simulator, highlighting significantperformance improvements with respect to state of the art approaches in autonomous cross-country soaring while it is alsoshown that the path planner is implementable on a low-cost computer platform
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Garin, Raphaël. "Communication et positionnement simultanés pour les drones sous-marins autonomes". Electronic Thesis or Diss., Brest, 2023. http://www.theses.fr/2023BRES0097.
Texto completoResumen
Cette thèse porte sur la navigation des drones sous-marins autonomes (AUV) en l’absence de signaux GPS sous l’eau. Pour résoudre ce problème, elle propose une approche innovante qui combine la localisation de l’AUV avec la communication acoustique sous-marine avec une balise en surface. Cette méthode utilise l’estimation du décalage Doppler requis pour le décodage des signaux de communication afin d’estimer la vitesse relative de l’AUV. De plus, le temps de vol de la communication est utilisé pour mesurer la distance entre l’AUV et la balise. Le système final nécessite seulement des capteurs peu onéreux, tels qu’une centrale inertielle, un capteur de pression, un GPS pour l’initialisation, et un transpondeur acoustique pour le drone, combine avec un capteur de profilage de la vitesse du son. Une balise fixe communique avec le drone et est équipée d’un transpondeur acoustique. Cette approche offre une précision comparable à l’état de l’art, avec une faible empreinte spatiale et un cout réduit. Des simulations et des essais en bassin de 6 m3 ont été effectués avec succès, confirmant la faisabilité du système. De plus, des expérimentations en mer dans des conditions réelles ont montré une précision d’environ 3 mètres, démontrant l’efficacité de l’algorithme. En comparaison avec l’état de l’art, le système proposé est plus rapide à mettre en place, ne nécessite pas de calibration, est plus économique, et consomme moins d’énergie, bien qu’il soit légèrement moins précisThis thesis focuses on the navigation of autonomous underwater drones (AUVs) in the absence of underwater GPS signals. To address this issue, it proposes an innovative approach that combines AUV localization with underwater acoustic communication to a surface beacon. This method utilizes the Doppler shift estimation required for communication signal demodulation in order to estimate the relative velocity of the AUV. Additionally, the communication’s time of flight is used to measure the distance between the AUV and the beacon. The final system requires only affordable components, such as an inertial navigation system, a pressure sensor, a GPS for initialization, and an acoustic transponder for the drone, combined with a sound velocity profiling sensor. A fixed beacon communicates with the drone and is equipped with an acoustic transponder. This approach offers accuracy comparable to the state-of-the-art, with a small spatial footprint and reduced cost. Successful simulations and tests were conducted in a 6 m3 test tank, confirming the feasibility of the system. Furthermore, real-world sea trialsdemonstrated an accuracy of approximately 3 meters, showcasing the algorithm’s effectiveness.Compared to the state-of-the-art, the proposed system is quicker to set up, requires no calibration, is more cost-effective, and consumes less power, although it is slightly less accurate
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Falomir, Bagdassarian Ema. "Calcul dynamique de chemin par des drones autonomes en essaim compact dans le cadre de missions en environnements complexes". Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0450.
Texto completoResumen
Les drones sont aujourd’hui devenus des outils incontournables dans de nombreux domaines, aussi bien civils que militaires. Afin de diminuer la charge de travail de leurs opérateurs, certaines étapes des missions qui leur sont confiées peuvent être automatisées, jusqu’à atteindre l’autonomie complète de la plateforme qui opèrera sans intervention humaine. La mobilité en environnement complexe est une problématique majeure à traiter lorsqu’il est question d’autonomie. En effet, un drone qui découvre son environnement au fur et à mesure de ses déplacements doit régulièrement calculer un chemin vers son point cible, chemin qui doit éviter les obstacles présents sur le trajet. Dans ce contexte, la contribution principale de cette thèse est une méthode de calcul de chemin pour un drone autonome évoluant en environnement complexe. De plus, si la mission est trop complexe pour être réalisée par un seul drone (par exemple car elle nécessite l’utilisation de nombreux capteurs ou se déroule sur une zone étendue), alors on utilise un essaim composé de plusieurs appareils autonomes, qui pourront, collaborativement, remplir la mission donnée. En revanche, même si l’utilisation conjointe de plusieurs plateformes collaboratives permet d’augmenter les performances du système global, de nouvelles problématiques apparaissent, telles que la gestion des communications et l’évitement des drones voisins. La méthode de calcul de chemin que nous proposons prend en compte ces problématiques et est donc adaptée à l’utilisation par les drones d’un essaimDrones are major tools today to perform numerous tasks in a wide range of operations, both for military and civil activities. In order to reduce operators’ workload, some parts of the drones’ missions can be automated, until achieving a full autonomy of the platforms, which will reach their mission without any human intervention. Path planning is a major task to achieve autonomy. Indeed, the drones have to detect obstacles while it discovers its environment and dynamically calculate a path avoiding obstacle and allowing to fulfil their mission. In this context, our main contribution is a path planning method for an autonomous drone evolving in complex environment.Furthermore, the variety of tasks one would like to achieve increases quicker than the capacity of a single UAV, therefore one can use a swarm composed of several autonomous platforms. Usage of several drones increases the number and/or the variety of sensors, and the collaboration between them enhance the global system capabilities by supporting some form of resilience. However, swarming introduced new issues, such as communications and drone avoidance. Our path planning method considers these problematics and then, is adapted for drones forming a swarm
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Le, Bras Florent. "Contributions à l'asservissement visuel de véhicules aériens autonomes". Nice, 2010. http://www.theses.fr/2010NICE4110.
Texto completoResumen
L’asservissement visuel est une technique de commande reposant sur des mesures issues d’une caméra. Cette technique est apparue à la fin des années 80 pour contrôler des robots mobiles ou des bras manipulateurs. Depuis peu, l’asservissement visuel est appliqué aux engins volants, pour lesquels ce type de contrôle a un fort potentiel opérationnel. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception d’asservissements visuels pour deux types d’engins volants : les minidrones à voilures tournantes et les avions. Nous essayons autant que possible de spécifier le problème en termes de régulation dans l’image en prenant en compte des contraintes forte sur la nature des capteurs utilisés. Ainsi nous considérons uniquement les capteurs embarqués, autonomes, et dont la qualité est compatible d’un asservissement précis. Pour cela, nous proposons des lois d’asservissement visuels adaptés à la dynamique des engins considérés, à leurs structures de contrôle et à leurs systèmes de mesures. Pour les minidrones à voilures tournantes, une série de lois de commande est proposée pour stabiliser l’engin relativement à une cible plane dont quelques amers sont détectés en temps réel. Ces commandes ont la particularité de ne pas nécessiter de mesure de vitesse de translation. Caractéristique intéressante puisque cette grandeur est particulièrement difficile à mesurer sans GPS. L’un des algorithmes a été validé en vol sur la plateforme Hovereye de Bertin Technologies, il s’agissait, à notre connaissance du premier asservissement visuel basé image, réalisé en intérieur, sur un minidrone. Pour les engins à voilures fixes une nouvelle technique d’atterrissage autonome basée sur la détection des bords de la piste est proposée. Cette technique est basée image et prend en compte les spécificités du vol d’un avion ainsi qu’une estimation de la vitesse du vent. La validation de cette approche est réalisée sur un simulateur complexe incluant la chaîne de traitement d’image. Enfin, nous avons cherché de nouvelles applications à l’asservissement visuel basé image d’engins à voilures fixes. Une loi de commande permettant une stabilisation précise sur une orbite d’observation a ainsi été synthétisée. Elle repose sur la détection d’un unique amer et du flux optique de translation. Des simulations illustrent les performances de ce dernier algorithmeThe visual servo control technology is based on measurements form a camera. This technique appeared in the late 80’s to control mobile robots or manipulators. Recently, visual servoing is applied to flying vehicles, for which this type of control has a strong operational potential. In this thesis, we focus on the design of visual servoing for two types of flying vectors : the VTOL minidrones and fixed-wing aircrafts. We try wherever possible to specify the problem in terms of regulation in the picture by taking into account the limitations of the sensors used. Thus we consider only the onboard sensors autonomous, and whose quality is consistent with a the considered visual servoing tasks. For this, we propose visual servoing laws adapted to the considered systems intheir control structures and their measurement systems. For VTOL minidrones, a series of control laws is proposed to stabilize the vehicle with respect to a relativity flat target which some landmarks are detected in real time. These commands have the distinction of not requiring measurements of the speed of translation. This characteristic is especially interesting, since this variable is particularly difficult to measure without GPS. One of the algorithms has been, validated in fight ion the platform. HoverEye developed by Bertin Technologies, it was, to our knowledge the first image based visual servoing, conducted indoors on a minidrones. For fixed-wing aircrafts, a next autonomous landing technique based on the detection of runway’s edges is proposed. This technique is image based and takes into account the specificities of aircraft flight dynamics. Moreover a specific estimate of cross-wind is proposed. Validation of this approach is performed on a complex simulator which includes images processing. Finally, we sought new applications in image based visual servoing for fixed-wing aircrafts. A control law for precise stabilization on observation orbit has been synthesized. It is based on the detection of a single landmark and translational optical flow. Simulations illustrate the performance of that algorithm
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Delamer, Jean-Alexis. "Planification d'une stratégie de navigation et de guidage pour des drones autonomes dans des milieux encombrés". Thesis, Toulouse, ISAE, 2019. http://www.theses.fr/2019ESAE0028.
Texto completoResumen
Avec la demande croissante pour l’utilisation de drones autonomes dans des milieuxurbains, la sûreté et l’efficacité de ces missions doivent être garanties. D’une part, il est connuque dans ces milieux la haute densité d’obstacles peut mettre en péril le vol en cas de collision.D’autre part, la capacité de navigation - estimation de la position et par conséquent l’erreurd’exécution - de ces drones dépend de la disponibilité et de la performance de leurs capteursembarqués qui varient selon l’environnement. Dans ce contexte, cette thèse propose un cadre deplanification de chemin sûr et efficace pour des drones en milieux encombrés. Nous avons fondénotre travail sur les Processus Décisionnel de Markov à Observabilité Mixte (MOMDP), carils permettent de modéliser des processus décisionnels à long terme tout en prenant en comptel’incertitude sur l’environnement et son observabilité mixte. Nous proposons une modélisationdu problème de planification qui intègre le système de guidage, navigation et contrôle (GNC),afin de mieux représenter la dynamique de la transition d’état pour un drone, ainsi que l’erreurd’exécution associée. La disponibilité probable, connue a priori, des capteurs embarqués, est aussiconsidérée dans le modèle. Afin d’assurer les contraintes de sûreté, nous proposons une fonctionde coût qui nous permet de raisonner en termes de taux de collision maximal à respecter. Cecipermet au planificateur de définir des politiques qui sont à la fois efficaces - minimisation dutemps de vol - et sûres, par le choix des chemins qui favorisent le respect du taux de collisionmaximal défini. De plus, dus à la complexité du problème de planification, nous proposons unnouvel algorithme de résolution "POMCP-GO", qui est basé sur deux algorithmes de l’état del’art. Nous avons exhaustivement évalué cet algorithme pour notre cadre d’applicationWith the growing demand for the use of UAVs in urban environments, the safetyand effectiveness of these missions must be guaranteed. It is known that in these environmentsthe high density of obstacles can put flight at risk in the case collision. The navigation capacity- estimation of the position and therefore the execution error - of these UAVs depends onthe availability and performance of their on-board sensors, which vary in the environment.In this context, this thesis proposes a safe and effective path planning framework for UAVsin clustered environments. We based our work on the Mixed Observability Markov DecisionProcesses (MOMDP) because it allows us to model long-term decision processes while takinginto account environmental uncertainty and mixed observability. We propose a planning modelthat integrates the guidance, navigation and control system (GNC), in order to better representthe dynamics of the state transition for a drone, as well as the associated execution error. Theprobable availability, known a priori, of on-board sensors is also considered in the model. Inorder to ensure safety constraints, we propose a cost function that allows us to reason in termsof maximum allowable collision rate. This allows the planner to compute policies that are botheffective - minimizing flight time - and safe, by choosing paths that comply with the definedmaximum collision rate. In addition, due to the complexity of the planning problem, we proposea new "POMCP-GO" resolution algorithm, which is based on two state-of-the-art algorithms.We have thoroughly evaluated this algorithm for our application framework
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Bélanger, Jacky. "Contrôle de véhicules aériens autonomes avec respect de contraintes terminales". Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27547/27547.pdf.
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Myrand-Lapierre, Vincent. "Transitions autonomes entre les vols non stationnaire et stationnaire d'un véhicule aérien miniature à ailes fixes". Master's thesis, Université Laval, 2010. http://hdl.handle.net/20.500.11794/21360.
Texto completoResumen
Les véhicules aériens miniatures à ailes fixes (MiniAV) sont de petits avions avec une envergure d'ailes de moins de 1000 mm et pesant moins de 500 grammes. Grâce aux avancées qui ont été réalisées ces dernières années dans la miniaturisation des autopilotes et dans la propulsion électrique, il est maintenant possible de construire des MiniAVs qui peuvent être utilisés à des fins de reconnaissance en milieu restreint ou hostile. Pour réaliser cet objectif, le MiniAV doit être capable d'effectuer, de façon semi-autonome, des vols non stationnaires et stationnaires et être capable de réaliser des transitions autonomes entre ces modes. Ce mémoire décrit le développement d'une stratégie de contrôle pour permettre à un MiniAV de réaliser des transitions autonomes entre les modes de vol non stationnaire et stationnaire. Il est possible de diviser l'enveloppe de vol d'un MiniAV en 4 modes distincts : le mode non stationnaire, le mode non stationnaire vers stationnaire (L2H), le mode stationnaire et le mode stationnaire vers non stationnaire (H2L). Les structures des modèles pour les modes non stationnaires et stationnaires sont basées sur la linéarisation d'un modèle de MiniAV à corps rigide ayant 6 degrés de liberté. Les contrôleurs de ces deux principaux modes de vol sont présentés. Le mode L2H est gérée par le contrôleur du mode non stationnaire, tandis que le mode H2L est géré par le contrôleur du mode stationnaire. Une approche systématique, appuyée par un superviseur basé sur la logique, est développée pour gérer les transitions entre les modes. La performance du superviseur est démontrée à travers des vols expérimentaux sur un banc de test. Il est montré que la stratégie proposée est capable de mieux performer que les méthodes rencontrées dans la littérature utilisant des plateformes similaires.
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Sadou, Ryad. "Dimensionnement sur cycle de chsînes de conversion optimales à motorisation synchrone pour des applications de drones autonomes à ailes fixes". Thesis, Nantes Université, 2022. http://www.theses.fr/2022NANU4020.
Texto completoResumen
Dans le cadre du développement d’un drone autonome à ailes fixes, la présente étude porte sur le dimensionnement optimal de la chaîne de propulsion électrique du drone incluant l’hélice, le moteur électrique et son convertisseur d’alimentation. Cette chaîne de puissance par laquelle transite jusqu’à 90 % de l’énergie consommée par le drone, a un fort potentiel en terme de gain de rendement énergétique et donc d’autonomie du drone. La prise en compte de l’intégralité du cycle de fonctionnement du drone requiert le développement d’une méthode de dimensionnement particulière, qui permet l’optimisation simultanée de la géométrie et de la commande de la machine tout en conservant un temps de calcul réduit. Cette méthode, basée sur l’utilisation de modèles analytiques, permet la prise en compte du transitoire thermique afin d’éviter un sur-dimensionnement de la machine, particulièrement avec ce type d’applications où le régime permanent thermique est rarement atteint. Dans cette étude, il a été démontré comment il était possible de prendre en compte le convertisseur d’alimentation et sa commande dès la phase de prédimensionnement de la machine, avec l’objectif de réduire la masse de la MSAP et l’ensemble des pertes {convertisseur - machine}As part of the development of an autonomous fixed-wing UAV, the present sizing of the electric propulsion chain of the drone including the propeller, the electric motor and its power converter. This power chain, through which up to 90 % of the energy consumed by the UAV passes, represents a strong potential gain in term of energy efficiency and therefore in term of the autonomy of the UAV. Taking into account the entire operating cycle of the UAV requires the development of a particular sizing method that allows the simultaneous optimization of the geometry and the control strategy of the machine, while maintaining a reduced calculation time. This method, based on analytical models, allows the consideration of the thermal transient in order to avoid oversizing the machine, particularly with this type of application where the thermal steady state is rarely reached. In this study, it was demonstrated how it was possible to take into account the power converter and its control from the pre-sizing step of the machine, with the objective of reducing the mass of the PMSM and the losses of the {converter - machine} system
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Ait, Saadi Amylia. "Coordination of scout drones (UAVs) in smart-city to serve autonomous vehicles". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASG064.
Texto completoResumen
Le sujet des véhicules aériens sans pilote (VAP) est devenu un domaine d'étude prometteurtant dans la recherche que dans l'industrie. En raison de leur autonomie et de leur efficacitéen vol, les drones sont considérablement utilisés dans diverses applications pour différentestâches. Actuellement, l'autonomie du drone est un problème difficile qui peut avoir un impactà la fois sur ses performances et sur sa sécurité pendant la mission. Pendant le vol, les dronesautonomes sont tenus d'investiguer la zone et de déterminer efficacement leur trajectoire enpréservant leurs ressources (énergie liée à la fois à l'altitude et à la longueur de la trajectoire) et en satisfaisant certaines contraintes (obstacles et rotations d'axe). Ce problème estdéfini comme le problème de planification de trajectoire UAV qui nécessite des algorithmesefficaces pour être résolus, souvent des algorithmes d'intelligence artificielle. Dans cettethèse, nous présentons deux nouvelles approches pour résoudre le problème de planificationde trajectoire UAV. La première approche est un algorithme amélioré basé sur l'algorithmed'optimisation des vautours africains, appelé algorithmes CCO-AVOA, qui intègre la cartechaotique, la mutation de Cauchy et les stratégies d'apprentissage basées sur l'oppositiond'élite. Ces trois stratégies améliorent les performances de l'algorithme AVOA original entermes de diversité des solutions et d'équilibre de recherche exploration/exploitation. Unedeuxième approche est une approche hybride, appelée CAOSA, basée sur l'hybridation deChaotic Aquila Optimization avec des algorithmes de recuit simulé. L'introduction de lacarte chaotique améliore la diversité de l'optimisation Aquila (AO), tandis que l'algorithmede recuit simulé (SA) est appliqué comme algorithme de recherche locale pour améliorer larecherche d'exploitation de l'algorithme AO traditionnel. Enfin, l'autonomie et l'efficacitédu drone sont abordées dans une autre application importante, qui est le problème de placement du drone. La question du placement de l'UAV repose sur la recherche de l'emplacementoptimal du drone qui satisfait à la fois la couverture du réseau et la connectivité tout entenant compte de la limitation de l'UAV en termes d'énergie et de charge. Dans ce contexte, nous avons proposé un hybride efficace appelé IMRFO-TS, basé sur la combinaisonde l'amélioration de l'optimisation de la recherche de nourriture des raies manta, qui intègreune stratégie de contrôle tangentiel et d'algorithme de recherche taboueThe subject of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has become a promising study field in bothresearch and industry. Due to their autonomy and efficiency in flight, UAVs are considerablyused in various applications for different tasks. Actually, the autonomy of the UAVis a challenging issue that can impact both its performance and safety during the mission.During the flight, the autonomous UAVs are required to investigate the area and determineefficiently their trajectory by preserving their resources (energy related to both altitude andpath length) and satisfying some constraints (obstacles and axe rotations). This problem isdefined as the UAV path planning problem that requires efficient algorithms to be solved,often Artificial Intelligence algorithms. In this thesis, we present two novel approachesfor solving the UAV path planning problem. The first approach is an improved algorithmbased on African Vultures Optimization Algorithm (AVOA), called CCO-AVOA algorithms,which integrates the Chaotic map, Cauchy mutation, and Elite Opposition-based learningstrategies. These three strategies improve the performance of the original AVOA algorithmin terms of the diversity of solutions and the exploration/exploitation search balance. Asecond approach is a hybrid-based approach, called CAOSA, based on the hybridization ofChaotic Aquila Optimization with Simulated Annealing algorithms. The introduction of thechaotic map enhances the diversity of the Aquila Optimization (AO), while the SimulatedAnnealing (SA) algorithm is applied as a local search algorithm to improve the exploitationsearch of the traditional AO algorithm. Finally, the autonomy and efficiency of the UAVare tackled in another important application, which is the UAV placement problem. Theissue of the UAV placement relays on finding the optimal UAV placement that satisfies boththe network coverage and connectivity while considering the UAV's limitation from energyand load. In this context, we proposed an efficient hybrid called IMRFO-TS, based on thecombination of Improved Manta Ray Foraging Optimization, which integrates a tangentialcontrol strategy and Tabu Search algorithms
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St-Onge, David. "Modélisation et commande d'un robot volant robuste". Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28664/28664.pdf.
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Achour, Walid. "Estimation à erreurs bornées et guidage pilotage des aéronefs autonomes en milieu perturbé". Phd thesis, Supélec, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00795270.
Texto completoResumen
L'objectif principal du travail de recherche présenté dans ce mémoire est l'amélioration de la sécurité et les performances du vol des mini drones soumis à des perturbations atmosphériques. Pour ce faire, un couplage entre un estimateur ensembliste à erreurs bornées et une stratégie de guidage pilotage est mise en œuvre. L'estimateur ensembliste a été utilisé pour restituer l'état du modèle dynamique du drone en présence de perturbations et de bruits de mesure supposés bornés. L'utilisation de ces techniques avait pour objet tout d'abord de détecter l'occurrence d'une perturbation atmosphérique par estimation de l'état du drone puis d'estimer l'amplitude et la direction du vent agissant sur le véhicule. Des expérimentations dans le générateur de rafale B20 à Lille ont été ainsi présentées afin de valider ces approches et d'évaluer leurs performances. La stratégie de guidage pilotage développée favorise le déplacement du véhicule dans une direction qui tient compte de l'évolution de la perturbation atmosphérique et du prochain point de passage désigné au véhicule. Cette loi de guidage est basée sue la loi de guidage par navigation proportionnelle et a été adaptée pour tenir compte des perturbations dans le déplacement du véhicule. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible d'améliorer la sécurité du vol des mini-drones en présence de perturbations atmosphériques transversales, en modifiant en ligne la trajectoire.
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Esrafilian, Omid. "Learning from the sky : design of autonomous radio-enabled unmanned aerial vehicles in mobile cellular networks". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS307.
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L'utilisation de drones dans les réseaux sans fil a récemment suscité un vif intérêt. La première partie de cette thèse vise à étudier les travaux actuels sur les communications sans fil assistées par des drones et à développer de nouvelles méthodes pour le placement et la conception de la trajectoire d'un drone en tant que RAN volant dans les réseaux sans fil. Nous soulignons comment l'utilisation de cartes 3D des villes peut apporter des avantages substantiels pour l'autopositionnement fiable des radios volantes.Quel que soit l'emplacement ou la conception du chemin, tous les algorithmes fonctionnent sur la base d'un ensemble d'informations telles que la localisation GPS du nœud, la carte 3D de la ville, etc. permettant de prédire l'intensité des signaux radio. Si ces données peuvent être collectées par le réseau avant le vol réel du drone, une partie ou la totalité des informations peuvent également devoir être apprises par le drone. À cet égard, une partie de cette thèse est consacrée à la discussion sur la façon d'apprendre ces informations à partir des mesures prises par le drone. Dans l'hypothèse d'une connectivité cellulaire sûre, les drones deviennent prometteurs pour un large éventail d'applications telles que les transports, etc. Le principal défi dans ces domaines est la conception de trajectoires qui garantissent une connectivité cellulaire fiable tout au long du trajet tout en permettant l'accomplissement de la mission du drone. Ainsi, dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons une nouvelle approche pour la conception optimale de trajectoires entre un point initial et un point terminal en s'appuyant sur une carte de couvertureThe use of UAVs in wireless networks has recently attracted significant attention. The first part of this thesis aims to investigate current works of UAV-aided wireless communications and develop novel methods for both the placement and path design of a UAV as a flying RAN in wireless networks. We highlight how the use of city 3D maps can bring substantial benefits for the reliable self-placement of flying radios.Regardless of the placement or path design, all algorithms operate on the basis of an array of information such as node GPS location, the city 3D map, etc. allowing the prediction of radio signal strengths. While such data may be collected via the network before the actual UAV flight, part or all of the information may also have to be learned by the UAV. In this regard, a part of this thesis is devoted to discussing how to learn such information from the UAV-borne measurements.Assuming the availability of safe cellular connectivity, UAVs are becoming promising for a wide range of applications such as transportation, etc. The main challenge in these areas is the design of trajectories that guarantee reliable cellular connectivity all along the path while allowing the completion of the UAV mission. Hence, in the second part of this thesis, we propose a novel approach for optimal path design between an initial and terminal points by leveraging on a coverage map. Lastly, we discuss the experimental verification of the placement algorithm of a UAV relay in LTE networks
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Schacht, Rodriguez Ricardo. "Planification de la mission des drones basée sur le pronostic et la gestion de la santé". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0257.
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Actuellement, les véhicules aériens télépilotés ou autonomes (UAV) multirotors, avec la capacité de décollage et d'atterrissage vertical, se sont avérés être une solution efficace et peu coûteuse dans les applications de vol civil grâce aux progrès significatifs dans le développement de méthodes plus efficaces de contrôle, planification de trajectoire et prise de décision. Pour de telles applications, les multirotors développent différentes tâches comme l'exploration, la photogrammétrie, la vidéo, la cartographie et plus récemment toutes celles dédiées à l'agriculture de précision comme l'irrigation et le suivi des cultures. Durant sa mission, le multirotor parcourt un ensemble de trajectoires reliées par emph{n} points de référence (ou way-points) dans une zone connue ou inconnue. Cependant, pendant l'accomplissement de la mission, différents facteurs négatifs affectent la performance du véhicule comme les conditions environnementales, l'apparition de défauts ou de pannes et les limitations énergétiques dues aux contraintes de l'alimentation en énergie. Le problème de limitation énergétique dans un multirotor est dû aux capacités de puissance que la batterie embarquée peut fournir. Les drones multirotors sont propulsés par des batteries Lithium Polymère (Li-Po) qui sont des batteries rechargeables de technologie Lithium-Ion. Ils possèdent un électrolyte polymère au lieu d'un électrolyte liquide et fournissent une puissance et une densité d'énergie élevées. Cependant, en fonction de l'utilisation, c'est-à-dire le nombre de cycles de charge/décharge et d'autres facteurs tels que les dommages provoqués par des décharges excessives, les performances de la batterie ont tendance à diminuer. Une telle diminution ou un tel vieillissement entraîne une réduction de l'efficacité de la batterie et donc du vol du multirotor en diminuant le temps de mission total ou l'endurance du vol, et conduit à un problème de manœuvrabilité, ce qui augmente le risque d'accident et de crash. Le travail présenté dans cette thèse aborde les questions relatives aux performances des batteries Li-Po et leur influence sur les tâches de planification et de suivi de trajectoire dans le cadre de vol de multirotors. En considérant les techniques de pronostic basées sur des modèles et les méthodes de planification de trajectoire, une stratégie de planification de mission hiérarchique basée sur la consommation d'énergie est proposée et validée au niveau de la simulation en considérant différentes situations de vol. Les performances du drone, ainsi que sa capacité à effectuer et à remplir une mission, sont pondérées en déterminant l'état de santé de la batterie (SoH) qui est un indice permettant de mesurer le niveau de dégradation de la batterie. Le SoH aide à estimer la durée de vie utile restante de la batterie (RUL) et établit la limitation d'énergie par le calcul de l'endurance maximale de vol (FE_{max}). De telles informations sont nécessaires à la génération de la planification des trajectoires qui ne prennent pas seulement en compte les contraintes liées à l'utilisation mais aussi la portée et les limites de la mission à exécuterRotorcraft Unmanned Aerial Vehicles (UAV) with take-off and vertical landing capabilities or multirotors have proved to be an efficient and low-cost solution for civil flight applications due to significant advances in the development of robust and more efficient altitude and attitude control strategies, planning and re-planning algorithms capable of detecting and avoiding obstacles and Fault Diagnosis & Fault Tolerant Control methods. In most applications where multirotors are used, they develop different task as exploration, photogrammetry, filming, mapping and more recently all those dedicated to precision agriculture such as irrigation and crop monitoring. During the task development, the multirotor executes a mission which consists to fly through a set of paths connected by n reference points (named way-points) inside a known or unknown area. However, during the mission development, different negative factors decrease the multirotor flight performance such as environmental conditions, occurrence of faults or failures in actuators/sensors and energetic limitations due to the power source constraints. The energetic limitation problem in a multirotor are due to power capabilities that on-board battery can supply. Due to power and energy requirements, multirotors are powered by Lithium Polymer batteries which are rechargeable batteries of Lithium-Ion technology. They possess a polymer electrolyte instead of a liquid electrolyte and provide high power and energy densities. However, according to the use due to the number of charge/discharge cycles and other factors like damage provoked by over-discharges, the battery performances tend to decrease. Such decrease or aging causes a reduction in the efficiency of the UAV multirotor flight by the decrease of the total mission time or flight endurance, and leads to maneuverability problem, which increases the risk of crash and collision. This thesis topic addresses the issues concerning to battery performances and its influence into the mission and path planning tasks. By considering model-based prognosis techniques and path planning methods, a hierarchy mission planning strategy based on energy consumption is proposed and validated at simulation level considering different flight situations. The UAV performances, as well as its capability to execute and fulfill a mission is weighted by the computation of the battery State of Health (SoH) which is an index to measure the degradation level of the battery. The SoH helps to estimate the battery Remaining Useful Life (RUL) and establishes the energy limitation by the computation of the Maximum Flight Endurance (MFE). Such information is necessary to path planning generation which not only consider the constraints related to the power source but also the scopes and limitations of the mission to be executed. In addition, the main concern of this thesis are long time-distance missions e.g exploration or inspection of remote areas where it is fundamental to have a proper use of energy aboard the multirotor
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Khezaz, Abderraouf. "Perception enhancement of an autonomous vehicle through the use of UAV". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASG052.
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Du fait de l'évolution des méthodes électronique de calcul et de communication, le concept de ville intelligente prend rapidement forme. Les nombreux capteurs et actionneurs positionnés dans les espaces habités permettent un meilleur contrôle des données qui transitent entre les usagers, et une optimisation du confort de vie.L'utilisation de véhicules reste l'un des moyens de déplacement les plus utilisés dans le monde. Là-aussi, les avancées technologiques ont permis des évolutions permettant d'avoir des voitures qui se déplacent par elle-même, avec pas ou peu d'assistance humaine. Il est cependant important de considérer la sécurité des usagers de la route dans cet environnement de plus en plus peuplé.Cette thése propose d'améliorer la capacité de perception d'un véhicule autonome grâce à l'utilisation de drones. Du fait de leur positionnement avantageux et de leur taille réduite, ces derniers peuvent récolter des données de perception et les transmettre au véhicule grâce à une méthode sécurisée, par exemple une communication VLC. Les données des différentes sources sont ensuite fédérées et traitées grâce à une base de connaissance et un jeu de règles logiquesDue to the evolution of electronic calculation and communication methods, the concept of the intelligent city is rapidly taking shape. The numerous sensors and actuators positioned in inhabited spaces allow a better monitoring of the data that passes between users, and an optimization of living comfort.The use of vehicles remains one of the most widely used means of travel in the world. Here too, technological advances have allowed evolution enabling cars to drive themselves, with little to no human assistance. However, it is important to consider the safety of road users in this increasingly populated environment.This thesis proposes to improve the perception capability of an autonomous vehicle through the use of drones. Due to their advantageous positioning and small size, they can collect perception data and transmit them to the vehicle using a secure method, such as VLC communication. The data from the different sources are then federated and processed thanks to a knowledge base and a set of logical rules
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Kendoul, Farid. "Modélisation et commande de véhicules aériens autonomes, et développement d'un pilote automatique basé sur la vision". Compiègne, 2007. http://www.theses.fr/2007COMP1694.
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Ce travail de thèse porte sur le développement de petites machines volantes autonomes. La thèse se comporte de deux grandes parties : d'une part la modélisation et la commande de bas niveau, d'autre part la conception d'autopilotes, basés sur le flux optique, pour le pilotage et le guidage de minidrones à voilures tournantes. Trois configurations d'appareils à multiples rotors ont été étudiées, modélisées et testées en vols réels. Les avantages des stratégies de commande proposées résident dans leur simplicité pour l'implémentation et leur capacité à prendre en compte les limitations des actionneurs tout en garantissant des bonnes performances de vol. Une des contributions majeures de cette thèse est aussi le développement d'un pilote automatique basé sur la vision. Ce pilote est inspiré des insectes et il est composé d'un module de vision pour la localisation et la détection des obstacles en temps réel, et un système de contrôle adaptatif pour la navigation et le suivi de trajectoireIn this thesis, we address the 3D flight control problem for small unmanned aerial vehicles. The first step in achieving such UA V autonomy is basic stability. In doing so, we investigate control techniques which would allow a small rotorcraft UA V to perform autonomously basic tasks such as take-off, hovering and landing. The proposed flight controllers consider actuator saturation and guarantee system stability and good flight performance. One of the main contributions of this thesis is also the development of a vision-based autopilot for self localization, obstacles detection and control of small autonomous helicopters using optic flow and inertial data. The proposed autopilot is inspired by insects and represents a major step toward our goal of designing autonomous small flying machines capable of navigating within urban and unknown environments. It is composed of a vision module for localization and perception, and an adaptive control system for navigation and trajectory tracking
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Lugo, Cárdenas Israel. "Autonomous take-off and landing for a fixed wing UAV". Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2364/document.
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Ce travail étudie certains des problèmes les plus pertinents dans le sens de la navigation et contrôle présentés dans une classe particulière de mini-véhicules aériens. L'un des principaux objectifs c'est à réaliser un véhicule léger et facile à déployer dans un court laps de temps, un véhicule sans pilote drone capable de suivre une mission complète, du décollage aux points de cheminement suivants et de terminer la mission avec un atterrissage autonome à l'intérieur d'une zone délimitée en utilisant une interface graphique dans un ordinateur ou une tablette. La génération de trajectoire II est la partie qui dit le drone où il doit voyager et sont générés par un algorithme intégré sur le drone. Le résultat classique de Dubins est utilisé comme base pour la génération de trajectoire en 2D et nous avons étendu à la génération de trajectoire 3D. Une stratégie de suivi de trajectoire développée en utilisant l'approche de Lyapunov, est présentée pour piloter un drone à voilure fixe à travers tout le chemin désiré. Le concept clé derrière le contrôleur de suivi de trajectoire s'appuie sur la réduction de la distance entre le centre de masse de l'avion p et le point sur la trajectoire q à zéro, ainsi que l'angle entre le vecteur vitesse et la tangente à la trajectoire. Afin de tester les techniques mises au point au cours de la thèse une application C# -Net personnalisée a été développé nommé MAV3DSim (Multi-Aerial Vehicle 3D Simulator). Le MAV3DSim permet une opération de lecture/écriture de/vers le moteur de simulation à partir de laquelle nous pourrions recevoir toutes les informations de capteurs émulés et envoyés par le simulateur. Le système complet est capable d'effectuer un décollage et d'atterrissage autonome, à travers des points de suivi. Ceci est accompli en utilisant chacune des stratégies développées au cours de la thèse. Nous avons une stratégie pour le décollage et l'atterrissage, ce qui est généré par la partie de navigation qui est le générateur de trajectoire. Une fois que nous avons généré le chemin, il est utilisé par la stratégie de suivi de trajectoire et avec ce que nous avons l'atterrissage et le décollage autonomeThis work studies some of the most relevant problems in the direction of navigation and control presented in a particular class of mini‐aircraft. One of the main objectives is to build a lightweight and easy to deploy vehicle in a short period of time, an unmanned aerial vehicle capable of following a complete mission from take‐o⁄ to the following waypoints and complete the mission with an autonomous landing within a delimitated area using a graphical interface in a computer. The Trajectory Generation It is the part that tells the drone where it must travel and are generated by an algorithm built into the drone. The classic result of Dubins is used as a basis for the trajectory generation in 2D and we have extended it to the 3D trajectory generation. A path following strategy developed using the Lyapunov approach is presented to pilot a fixed wing drone across the desired path. The key concept behind the tracking controller is the reduction of the distance between the center of mass of the aircraft p and the point q on the path to zero, as well as the angle between the velocity vector and the vector tangent to the path. In order to test the techniques developed during the thesis a customized C # .Net application was developed called MAV3DSim (Multi‐Aerial Vehicle 3D Simulator). The MAV3DSim allows a read / write operation from / to the simulation engine from which we could receive all emulated sensor information and sent to the simulator. The MAV3DSim consists of three main elements, the simulation engine, the computation of the control law and the visualization interface. The simulation engine is in charge of the numeric integration of the dynamic equations of the vehicle, we can choose between a quadrotor and a xed wing drone for use in simulation. The visualization interface resembles a ground station type of application, where all variables of the vehicle s state vector can be represented on the same screen. The experimental platform functions as a test bed for the control law prototyping. The platform consists of a xed wing aircraft with a PX4 which has the autopilot function as well as a Raspberry PI mini‐computer which to the implementation of the generation and trajectory tracking. The complete system is capable of performing an autonomous take‐o⁄and landing, through waypoints. This is accomplished by using each of the strategies developed during the thesis. We have a strategy for take‐o⁄ and landing, which is generated by the navigationon part that is the trajectory generator. Once we have generated the path, it is used by the trajectory tracking strategy and withthat we have landing and take‐o⁄ autonomously
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Benziane, Lotfi. "Contributions à l'estimation et à la commande d'attitude de véhicules aériens autonomes". Thesis, Versailles-St Quentin en Yvelines, 2015. http://www.theses.fr/2015VERS015V/document.
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Les drones ou systèmes de drones aériens jouent un rôle de plus en plus important danstous les domaines, spécialement les drones à décollage et atterrissage verticaux. L’un desplus connus est le Quadrotor et, sans doute, il est la plateforme de recherche la plus utilisée.Cette thèse traite le problème de l’estimation et de la commande d’attitude appliqué àun corps rigide se déplaçant dans l’espace 3D tel que le Quadrotor. La première contributionde cette thèse est la conception et l’implémentation d’une solution d’estimation d’attitude.Celle-ci est basée sur un ensemble de filtres complémentaires combinés avec un algorithmealgébrique tel que TRIAD, QUEST, etc. avec la possibilité de choisir deux formes différentesdes filtres: la première dénommée forme Directe, et la seconde dénommée forme Passive.Les filtres proposés ont une flexibilité dans le choix de l’ordre qui peut être pris grand afinde bien réduire l’effet du bruit de mesure et permettent d’aboutir à un estimateur qui peutprendre en compte le biais éventuel des gyromètres. L’analyse par la théorie de Lyapunovprouve que les erreurs d’estimation tendent globalement et asymptotiquement vers zéro. Unesuite logique de cette première contribution est la proposition d’une solution pour la commanded’attitude qui constitue la deuxième contribution de cette thèse. Elle se traduit par ledéveloppement d’une nouvelle loi de commande d’attitude d’un corps rigide dans l’espace3D, dans laquelle seulement les vecteurs de mesures inertiels avec les mesures des gyromètressont utilisés. Elle utilise le principe de fusion des données à travers un filtre complémentairepermettant l’élimination des bruits des mesures tout en assurant une stabilité presque globalede l’équilibre désiré. La troisième contribution est une loi de commande pour la stabilisationd’attitude sans mesure de vitesse angulaire, ni mesure d’attitude. Pour cela, un systèmelinéaire auxiliaire basé sur les mesures des vecteurs inertiels a été introduit. Ce dernier sesubstitue au manque de l’information de la vitesse angulaire. L’analyse de stabilité du contrôleurproposé est basée sur la théorie de Lyapunov couplée avec le théorème de LaSalle. Ellepermet de conclure sur la stabilité presque globale de l’équilibre désiré. Les performances dessolutions proposées ont été validées par un ensemble de tests expérimentauxNowadays, we see a growing popularity of the use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) ofespecially Vertical Take-Off and Landing (VTOL) type. One of the most known VTOL is thequadrotor or Quadcopter which is probably the most used one as a research platform. Thisthesis deal with attitude control and estimation techniques applied to a rigid body movingin 3D space such as Quadcopter VTOL. The first contribution of this thesis is the design ofa new class of complementary linear-like filters allowing the fusion of inertial vector measurementswith angular velocity measurements and combined with algebraic algorithms asTRIAD, QUEST etc. to give an efficient attitude estimation solution. This class of filtersallows several possibilities of implementation such as the order of the filters which can bechosen high in order to reduce more the measurement noise and the form of the filters thatcan be direct or passive and the ability to take into account the possible gyro bias. Lyapunovanalysis shows the global asymptotic convergence of the estimation errors to zero. The sameprinciple of data fusion is used for the proposed new attitude control law in which the complementaryfilters were included to reduce the effect of measurement noise. The obtainedcontroller ensures almost global stability of the desired equilibrium point; it represents thesecond contribution of this thesis. The third contribution takes into consideration an interestingspecial case, where instantaneous measurements of attitude and angular velocity areunavailable. A first order linear auxiliary system based directly on vector measurements isused in an observer-like system to handle the luck of angular velocity. The proposed controllerensures almost global asymptotic stability of the trajectories to the desired equilibriumpoint. Detailed sets of experiments were done to validate the obtained results
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Hattenberger, Gautier. "Vol en formation sans formation : contrôle et planification pour le vol en formation des avions sans pilote". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00353676.
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L'objet de cette thèse est l'étude et la mise en oeuvre d'un système de gestion automatique de la configuration d'une formation d'avions sans pilote, ou drones. Les objectifs sont, d'une part, d'améliorer la sécurité et l'efficacité d'un groupe de drones de combat, et, d'autre part, de faire le lien entre les niveaux de planification de missions et les niveaux fonctionnels de contrôle de la formation. Le vol en formation est particulièrement bien adapté pour des applications militaires en milieux hostiles, qui requièrent des synchronisations pour l'arrivée sur les cibles ou du support mutuel pour le brouillage. L'une des difficultés soulevées est le choix autonome de la configuration. Notre approche est de mettre en oeuvre, entre les niveaux décisionnels et les niveaux fonctionnels, une couche intermédiaire dédiée à la formation et à la gestion autonome de sa configuration. La configuration ainsi déterminée doit être affectée aux avions de la formation en tenant compte des contraintes tactiques et des ressources de chacun. Enfin, la sécurité du vol est un élément primordial. Il faut donc pouvoir planifier des manoeuvres de reconfiguration pour passer d'une configuration à une autre, en respectant les distances minimales entres avions. Des solutions ont été développées à partir de l'algorithme Branch & Bound pour résoudre les problèmes d'allocations, et de l'algorithme A* pour la planification de trajectoires dans la formation. De plus, un contrôle de vol de la formation a été implémenté. Ceci a permis de valider notre approche par des simulations et des expérimentations réelles.
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Bayerlein, Harald. "Machine Learning Methods for UAV-aided Wireless Networks". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS154.
Texto completoResumen
Les drones autonomes sont envisagés pour une multitude d'applications au service de la société du futur. Du point de vue des réseaux sans-fil de la prochaine génération, les drones ne sont pas seulement prévus dans le rôle d'utilisateurs passifs connectés au réseau cellulaire, mais aussi comme facilitateurs actifs de la connectivité dans le cadre de réseaux assistés par drones. L'avantage déterminant des drones dans tous les scénarios d'application potentiels est leur mobilité. Pour tirer pleinement parti de leurs capacités, des méthodes de planification de trajectoire flexibles et efficaces sont une nécessité impérative. Cette thèse se concentre sur l'exploration de l'apprentissage automatique, en particulier l'apprentissage par renforcement (RL), comme une classe prometteuse de solutions aux défis de la gestion de la mobilité des drones. L'apprentissage par renforcement profond est l'un des rares cadres qui nous permet de nous attaquer directement à la tâche complexe du contrôle des drones dans les scénarios de communication, étant donné qu'il s'agit généralement de problèmes d'optimisation non convexes et NP-difficile. De plus, le RL profond offre la possibilité d'équilibrer les objectifs multiples de manière directe, il est très flexible en termes de disponibilité d'informations préalables ou de modèles, tandis que l'inférence RL profonde est efficace sur le plan informatique. Cette thèse explore également les défis que représentent un temps de vol fortement limité, la coopération entre plusieurs drones et la réduction de la demande de données d'entraînement. La thèse explore aussi la connexion entre les réseaux assistés par drone et la robotiqueAutonomous unmanned aerial vehicles (UAVs), spurred by rapid innovation in drone hardware and regulatory frameworks during the last decade, are envisioned for a multitude of applications in service of the society of the future. From the perspective of next-generation wireless networks, UAVs are not only anticipated in the role of passive cellular-connected users, but also as active enablers of connectivity as part of UAV-aided networks. The defining advantage of UAVs in all potential application scenarios is their mobility. To take full advantage of their capabilities, flexible and efficient path planning methods are necessary. This thesis focuses on exploring machine learning (ML), specifically reinforcement learning (RL), as a promising class of solutions to UAV mobility management challenges. Deep RL is one of the few frameworks that allows us to tackle the complex task of UAV control and deployment in communication scenarios directly, given that these are generally NP-hard optimization problems and badly affected by non-convexity. Furthermore, deep RL offers the possibility to balance multiple objectives of UAV-aided networks in a straightforward way, it is very flexible in terms of the availability of prior or model information, while deep RL inference is computationally efficient. This thesis also explores the challenges of severely limited flying time, cooperation between multiple UAVs, and reducing the training data demand of DRL methods. The thesis also explores the connection between drone-assisted networks and robotics, two generally disjoint research communities
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Rondon, Sallan Eduardo. "Navigation d'un véhicule aérien par flux optique". Compiègne, 2010. http://www.theses.fr/2010COMP1912.
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Cette thèse s'est concentrée dans la conception des stratégies de navigation basées sur la vision, pour un véhicule aérien a voilure tournante dote de quatre moteurs. La première étape de cette étude a été la conception d'un véhicule aérien parfaitement adapte aux exigences relatives a la navigation basée sur la vision. Ensuite, les problématiques liées a la stabilisation et la régulation de la vitesse ont été abordées. A cette fin, nous avons développé un système de vision qui permet d'estimer l'altitude, la position latérale et la vitesse d'avancement du véhicule. Nous montrons que l'information visuelle permet la construction des stratégies de commande adaptées à différents types de modes de vol. Une stratégie hiérarchique a été élaborée et implémentée. Les résultats expérimentaux montrent que l'hélicoptère est capable de réaliser des vols autonomes, validant ainsi les algorithmes de vision et la loi de commande. Toutefois, pour être considère comme totalement autonome, le véhicule aérien doit être capable de surmonter tous les changements inattendus dans son environnement. Ceci peut être réalise grâce a des fonctions très spécifiques qui prennent en charge le comportement réactif du véhicule. L'approche proposée vise à détecter et éviter les obstacles frontaux utilisant des propriétés connues du flux optique, et en tirant parti de la capacité de vol stationnaire du drone. Une machine d'état est implémentée. Cette solution a été choisie pour équiper le drone avec toutes les réactions nécessaires a la navigation en intérieur. Nous montrons comment des transitions en douceur peuvent être atteintes grâce a la diminution de la vitesse du véhicule proportionnellement à sa distance de l'obstacleThis thesis is focused in the design of visual strategies to ensure the autonomousnavigation of a quad-rotor rotary wing UAV. The first step on thisstudy was to design a quad-rotor perfectly suited for the requirements related to the visual navigation such as fast rotational dynamics and sufficient payload capabilities. Then the stabilization and the speed regulation problem were addressed. For this purpose, we have developed a vision system which estimates the altitude, the lateral position and the forward speed of the engine during flights. We show that the visual information allows the construction of control strategies for different kinds of flying modes: hover flight, forward flight at constant speed. A hierarchical control strategy is developed and implemented. An experimental autonomous flight was successfully achieved, validating the visual algorithm and the control law. However, in order to be completely autonomous the robot must be capable to overcome all unexpected changes in its environment. To achieve the required functions, a reactive behavior has been built. The proposed approach aims to detect and avoid frontal obstacles using known properties of the optical flow and by taking advantage of the capability of stationary flight of the rotorcraft. A state machine is proposed as a solution to equip the UAV with all reactions necessary for indoor navigation. We show how smooth transitions can be achieved by decreasing the speed of the vehicle proportionally to the distance to an obstacle and by brief instants of stationary flight
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Alvarez, Custodio Maria. "Autonomous Recharging System for Drones: Detection and Landing on the Charging Platform". Thesis, KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-245197.
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In the last years, the use of indoor drones has increased significantly in many different areas. However, one of the main limitations of the potential of these drones is the battery life. This is due to the fact that the battery size has to be limited since the drones have a maximum payload in order to be able to take-off and maintain the flight. Therefore, a recharging process need to be performed frequently, involving human intervention and thus limiting the drones applications. In order to solve this problem, this master thesis presents an autonomous recharging system for a nano drone, the Crazyflie 2.0 by Bitcraze AB. By automating the battery recharging process no human intervention will be needed, and thus overall mission time of the drone can be considerably increased, broadening the possible applications. The main goal of this thesis is the design and implementation of a control system for the indoor nano drone, in order to control it towards a landing platform and accurately land on it. The design and implementation of an actual recharging system is carried out too, so that in the end a complete full autonomous system exists. Before this controller and system are designed and presented, a research study is first carried out to obtain a background and analyze existing solutions for the autonomous landing problem. A camera is integrated together with the Crazyflie 2.0 to detect the landing station and control the drone with respect to this station position. A visual system is designed and implemented for detecting the landing station. For this purpose, a marker from the ArUco library is used to identify the station and estimate the distance to the marker and the camera orientation with respect to it. Finally, some tests are carried out to evaluate the system. The flight time obtained is 4.6 minutes and the landing performance (the rate of correct landings) is 80%.Under de senaste åren har användningen av inomhusdrönare ökat betydligt på många olika områden. En av de största begränsningarna för dessa drönare är batteritiden. Detta beror på att batteristorleken måste begränsas eftersom drönarna har en väldigt begränsad maximal nyttolast för att kunna flyga. Därför måste de laddas ofta, vilket involverar mänskligt ingripande och därmed begränsar drönartillämpningarna. För att lösa detta problem presenterar detta examensarbete ett autonomt laddningssystem för en nanodrönare, Crazyflie 2.0. Genom att automatisera batteriladdningsprocessen behövs inget mänskligt ingrepp, och därigenom kan uppdragstiden för drönaren ökas avsevärt och bredda de möjliga tillämpningarna. Huvudmålet med denna avhandling är designen och implementationen av ett styrsystem för en inomhusdrönare, för att styra den mot en landningsplattform och landa korrekt på den. Arbetet inkluderar det faktiska laddningssystemet också, så att slutresultatet är ett fullständigt autonomt system. Innan regulatorn och systemet utformas och presenteras presenteras en genomgång av bakgrundsmaterial och analys av befintliga lösningar för problemet med autonom landning. En kamera monteras på Crazyflie 2.0 för att kunna detektera och positionera landningsstationen och styra drönaren med avseende på detta. För detektion används ArUcobibliotekets markörer vilka också gör det möjligt att räkna ut kamerans position och orientering med avseende på markören och därmed laddstationen. Slutligen utförs tester för att utvärdera systemet. Den erhållna flygtiden är 4,6 minuter och landningsprestandan (andel korrekta landningar på första försöket) är 80%.
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Gomez-Balderas, José-Ernesto. "Localisation et commande embarquée d'un drone en utilisant la vision". Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1969.
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L’asservissement visuel est une technique de commande reposant sur des mesures issues d’un capteur visuel. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception d’asservissements visuels pour deux types d’engins volants : un hélicoptère de type quadrirotor et un hélicoptère à huit-rotors. Les schémas de commande proposés s’interfacent sur les boucles de commande existantes assurant la stabilisation en vol stationnaire des engins volants. Nous essayons autant que possible de spécifier le problème en terme de la localisation tri-dimensionnelle (3D) des points d’une cible. Pour cela, nous proposons des lois de commande d’asservissement visuel adaptées à la fois à la dynamique des engins considérés et reposant sur des informations visuelles de l’environnement du drone. Afin de positionner le quadrirotor par rapport à une cible visuelle, nous proposons une série de lois de commande reposant sur des informations visuelles, ayant de propriétés issues de la projection perspective. Nous proposons un système capable d’estimer la position et la vitesse d’un quadrirotor en utilisant une caméra qui est fusionnée avec l’information fournie par les capteurs inertiels pour stabiliser l’engin volant en vol stationnaire. Nous étudions et mettons en œuvre une méthode de vision artificielle basée sur la vitesse de l’image prise par le capteur visuel. Il s’agit du flux-optique. En utilisant deux caméras nous proposons un système de vision capable d’estimer la position (3D) du quadrirotor par rapport à une cible et d’estimer sa vitesse de déplacement en prenant en compte le déplacement des points d’intérêts de l’image. Les deux caméras ont été embarquées sur le quadrirotor, de manière orthogonale. La caméra qui regarde vers devant obtient la position du quadrirotor, l’autre caméra qui regarde vers le sol estime la vitesse de déplacement. Cette même configuration nous a permis de réaliser le suivi d’une ligne par notre quadrirotor. Nous proposons un système qui obtient la position de la caméra en regardant une ligne grâce aux points de fuite de l’image. En conséquence nous estimons le vecteur de translation de la caméra. La vision stéréoscopique a été étudiée et appliquée pour l’estimation de la position et de l’attitude d’un hélicoptère à huit rotors. Dans ce cas on travaille avec des points appariés dans les deux images. Les résultats obtenus montrent une performance acceptable, par rapport aux capteurs conventionnels. Cependant, la fréquence d’échantillonnage des algorithmes de vision reste faible. Cela se traduit par une période d’échantillonnage parfois inférieure à celle nécessaire à ce type de systèmes dynamiques. Les lois de commande et les algorithmes de vision ont été validés de façon expérimentale, en temps réel en utilisant notre plateforme de type quadrirotorVisual servoing is a control approach based on visual information. In this thesis, visual servoing schemes are proposed to control a quadrotor and an octarotor applied to positioning and navigation task. Concerning the quadrotor we use a hierarchical control scheme whose inner-loop (fast dynamic) focuses on attitude dynamics, while outer-loop (slow dynamics) deals with translational dynamics. Also, a nonlinear controller based on separated saturations for a quadrotor is proposed to stabilize it attitude. The linear position and velocity of the rotorcraft are obtained by using a vision-based algorithm via a monocular caméra. The dynamic model of the quadrotor is presented using the Newton-Euler formalism. In other vision system, two cameras are used to estimate the translational position and velocity of the vehicle. Position was obtained using a frontal camera looking at a target placed on a wall. Quadrotor velocity was estimated using a camera pointing vertically downwards running an optical flow algorithm. Experimental tests showed that the quadrotor performed well at hover flight using the proposed vision based control system. Quadrotor vision-based. The same system was used to estimate the 3D position of the quadrotor over a trajectory using vanishing points. The performance of the vision and control algorithms has been tested in a real application by a quadrotor tracking a line painted in a wall. Similarly the velocity estimation is obtained using an optic flow algorithm. The estimated position and velocity information obtained from the vision system is combined with the angular rates and displacements of the inertial measurement unit to compute the control inputs. It has been shown that the proposed control scheme achieves the tracking objective of the visual reference. Octarotor vision-based. In this thesis, it is presented a visual feedback a control of an octarotor using image-based visual servoing (IBVS) with stereo vision. Autonomous control of an UAV requires a precise measurements and/or estimation of the vehicle’s pose and also the knowledge of its surrounding environment. In order to control the orientation and the position of flying robot with respect to a target, we propose to use a navigation system based on binocular vision system combined with inertial sensors. This combination of sensors, allows us to get a complete characterization of the state of aerial vehicle. In other words, using the stereo vision system we are able to estimate the UAV’s 3D position, while from the inertial sensors we obtain the orientation of rotorcraft. A semi-embedded navigation system combining stereo vision with inertial information is proposed. The hierarchical control approach is appropriate to stabilize the 6DOF dynamics of the quadrotor, it takes advantage of the time scale separation between rotational (fast) and translational (slow) dynamics. For this reason, despite the lower frequency rate of vision-based measurements is able to stabilize in real-time the quadrotor translational dynamics. This combination of measurement strategies has many advantages because one works very well at low speeds (vision system) and the other at high speeds (inertial sensors). Both work at different sample rate. Taking advantage of this property we have obtained a simplified dynamical model of the rotorcraft. This model is given by six independent double integrators which have been stabilized using proportional-derivative (PD) control. The real-time experiments have shown an acceptable performance of the flying machine applying the control law and sensing system proposed. An embedded control system for the mini rotorcraft is implemented. The control is validated by experimental tests. Experimental results show that the implementation of the control law on an embedded control system is satisfactory for autonomous hovering in indoors and outdoors with light or no wind. Real time experiences are developed to validate the performance of navigation systems proposed. This work highlights the potential of the computer vision based position control strategies for UAV
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Garcia, Carrillo Luis Rodolfo. "Vision-based hovering and trajectory tracking of a quad-rotor". Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1957.
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Ce travail de recherche porte sur la conception et la mise en œuvre de lois de commande originales et robustes, permettant le vol stationnaires et navigation automatique d’un mini hélicoptère robotique de type quadri-rotor. Le véhicule est guide par un système de vision et une combinaison de capteurs inertiels et d’altitude, ce qui permet une localisation relative du drone par rapport à son environnement. L’idée principale de l’utilisation de ce genre de système de détection est de permettre à la plate-forme robotique de pouvoir exécuter des taches autonomes dans les environnements a l’intérieur comme a l’extérieur. Le développement d’un démonstrateur expérimental temps réel est présenté, celui-ci est composé d’un véhicule quadri-rotor et d’une station de supervision au sol, ou les programmes de traitement d’images et de contrôle sont exécutés. Une stratégie de commande pour améliorer la stabilisation de l’attitude du quadri-rotor est proposée et validée à partir d’expériences en temps réel. Cette technique utilise des composants a faible cout et une boucle de commande supplémentaire, basée sur la réalimentation du courant induit des moteurs. Deux stratégies basées sur la vision par ordinateur sont introduites, lesquelles permettent au vehicule de se localiser sur des mires artificielles positionnées au sol. Les informations visuelles en combinaison avec une stratégie de commande permettent de stabiliser la position tridimensionnelle du quadri-rotor dans des expériences en temps réel. Une comparaison de lois de commande non linéaires est présentée, avec l’objectif d’évaluer expérimentalement quelle est la stratégie la plus efficace pour stabiliser le quadri-rotor lors de l’utilisation d’un retour d’état base vision. Pour estimer la dynamique de déplacement du quadri-rotor, les informations visuelle, inertielle et du capteur d’altitude sont combines dans un observateur d’état. Ce système de détection permet au véhicule d’estimer sa position relative et sa vitesse de déplacement pendant une évolution dans environnements non structurées, à l’intérieur, hors des signaux GPS. Trois observateurs d’état différents sont compares lors d’expériences en temps réel, pour obtenir l’approche la plus efficace qui permet de combiner l’information visuelle et les capteurs inertiels. Chaque observateur d’état est testé en temps réel, les états estimés sont évalués en utilisant une stratégie de commande pour la stabilisation de la position du véhicule en volThis research work is devoted to the development of original and robust control methods aiming at performing autonomous hover flights and navigation of a mini quad-rotor robotic helicopter. The vehicle is guided by an imaging system and a combination of inertial and altitude sensors, which allow a relative localization of the UAV with respect to its surrounding environment. The main idea of using this kind of sensor suit consists on enabling the robotic platform to perform autonomous tasks indoors as well as outdoors. The development of a real-time experimental platform is presented, consisting of a quad-rotor aerial vehicle and a supervisory ground station where imaging and control algorithms are executed. A control strategy for improving the attitude stabilization of the quad-rotor is proposed and tested in real-time experiments. The technique uses low cost compo-nents and an extra control loop based on motor armature current feedback. Two vision-based strategies are introduced, which allow the vehicle to localize it- self with respect an artificial landmark placed on ground. Such information together with a control strategy allows stabilizing the quad-rotor 3-dimensional position in real time experiments. A comparison of nonlinear controllers is addressed, with the objective of evaluating which control strategy is the most effective approach for stabilizing the quad-rotor when using visual feedback. For estimating the translational dynamics of the quad-rotor, imaging, inertial and altitude sensors are combined in a state observer. This sensing system allows the vehicle to estimate its relative position and translational velocity when evolving in unstructured, indoors, GPs-denied environments. Three different state observers are compared in real time experiments, aiming at obtaining the most effective approach for combining imaging and inertial sensors. Each state observer is tested in a real-time experiment, where the estimated states are used in a control strategy for stabilizing the vehicle’s position during flight
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Belkadi, Adel. "Conception de commande tolérante aux défauts pour les systèmes multi-agents : application au vol en formation d'une flotte de véhicules autonomes aériens". Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0183/document.
Texto completoResumen
Ces dernières années, l’émergence des nouvelles technologies tels que la miniaturisation des composants, les dispositifs de communication sans fils, l’augmentation de la taille de stockage et les capacités de calcul, a permis la conception de systèmes multi-agents coopératifs de plus en plus complexes. L’un des plus grands axes de recherche dans cette thématique concerne la commande en formation de flottes de véhicules autonomes. Un grand nombre d’applications et de missions, civiles et militaires, telles que l’exploration, la surveillance, et la maintenance, ont alors été développées et réalisées dans des milieux variés (terre, air, eau). Durant l’exécution de ces tâches, les véhicules doivent interagir avec leur environnement et entre eux pour se coordonner. Les outils de communication disponibles disposent souvent d’une portée limitée. La préservation de la connexion au sein du groupe devient alors un des objectifs à satisfaire pour que la tâche puisse être accomplie avec succès. Une des possibilités pour garantir cette contrainte est le déplacement en formation permettant de préserver les distances et la structure géométrique du groupe. Il est toutefois nécessaire de disposer d’outils et de méthodes d’analyse et de commande de ces types de systèmes afin d’exploiter au maximum leurs potentiels. Cette thèse s’inscrit dans cette direction de recherche en présentant une synthèse et une analyse des systèmes dynamiques multi-agents et plus particulièrement la commande en formation de véhicules autonomes. Les lois de commande développées dans la littérature pour la commande en formation permettent d’accomplir un grand nombre de missions avec un niveau de performance élevé. Toutefois, si un défaut/défaillant apparaît dans la formation, ces lois de commandes peuvent s’avérer très limitées, engendrant un comportement instable du système. Le développement de commandes tolérantes aux défauts devient alors primordial pour maintenir les performances de commande en présence de défauts. Cette problématique sera traitée dans ce mémoire de thèse et concernera le développement et la conception de commandes en formation tolérantes au défaut dévolu à une flotte de véhicules autonomes suivant différente configuration/structurationIn recent years, the emergence of new technologies such as miniaturization of components, wireless communication devices, increased storage size and computing capabilities have allowed the design of increasingly complex cooperative multi-agent systems. One of the main research axes in this topic concerns the formation control of fleets of autonomous vehicles. Many applications and missions, civilian and military, such as exploration, surveillance, and maintenance, were developed and carried out in various environments. During the execution of these tasks, the vehicles must interact with their environment and among themselves to coordinate. The available communication tools are often limited in scope. The preservation of the connection within the group then becomes one of the objectives to be satisfied in order to carry out the task successfully. One of the possibilities to guarantee this constraint is the training displacement, which makes it possible to preserve the distances and the geometrical structure of the group. However, it is necessary to have tools and methods for analyzing and controlling these types of systems in order to make the most of their potential. This thesis is part of this research direction by presenting a synthesis and analysis of multi-agent dynamical systems and more particularly the formation control of autonomous vehicles. The control laws developed in the literature for formation control allow to carry out a large number of missions with a high level of performance. However, if a fault/failure occurs in the training, these control laws can be very limited, resulting in unstable system behavior. The development of fault tolerant controls becomes paramount to maintaining control performance in the presence of faults. This problem will be dealt with in more detail in this thesis and will concern the development and design of Fault tolerant controls devolved to a fleet of autonomous vehicles according to different configuration/structuring
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Vignogna, Antoniangelo. "Swarm of Drones: il futuro delle tecnologie autonome". Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020. http://amslaurea.unibo.it/20385/.
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Partendo dalla definizione di APR “aeromobile a pilotaggio remoto”, meglio conosciuto come DRONE, questo lavoro di tesi si propone di esaminare gli aspetti principali di tale tecnologia e di osservare come si è evoluta nel tempo, cominciando dalle origini fino ad arrivare alla nascita dei droni con intelligenza artificiale. Successivamente, viene posta l’attenzione sugli “Swarm of Drones”, droni autonomi capaci di volare in gruppo interagendo con l’ambiente circostante ma senza interferire tra di loro. Viene, poi, presentato il concetto di “Swarm Intelligence”, analizzando la sua precisione, affidabilità e vulnerabilità. A questo punto vengono esaminati i vari ambiti di utilizzo, partendo da quello civile e scientifico fino ad arrivare a quello militare e della sicurezza. A seguire, viene posta particolare attenzione sui futuri casi d’impiego che hanno già suscitato non poche polemiche e sugli aspetti etici che già dividono l’opinione pubblica, analizzano, infine, le possibili soluzioni per disciplinare e controllare tali tecnologie. Tra i risultati che questo lavoro di tesi ha portato alla luce spicca il fatto che opere di elevata tecnologia quali i droni emulino dei fattori biologici. Il loro sviluppo, infatti, ha avuto origine dallo studio delle dinamiche comportamentali degli insetti sociali. I ricercatori, tramite l’osservazione di questi fenomeni naturali sono riusciti a creare degli algoritmi per la risoluzione di problemi complessi che sono poi stati utilizzati per la creazione degli sciami di droni, spesso impiegati anche in azioni militari. Ovviamente, sono emersi anche i vantaggi e gli svantaggi di tali creazioni. Tra gli svantaggi emerge la costruzione e lo sviluppo delle armi autonome che fa porre l’attenzione sugli aspetti etici del loro utilizzo. Per quanto concerne i vantaggi, sicuramente l’utilizzo dei droni in campo medico potrà essere di vitale importanza per lo sviluppo di un innovativo sistema in grado di combattere le cellule tumorali.
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ADER, MARIA y DAVID AXELSSON. "Drones in arctic environments". Thesis, KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), 2017. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-217918.
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This is a master thesis by Maria Ader and David Axelsson, students at the Master of Science in Engineering degree program in Design and Product Realization at KTH, within the master program Integrated Product Design. The thesis work will benefit ÅF and the EU project ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ. The ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ project is part of the EU’s effort to forward climate research, and aims to “coordinate and harmonize research and monitoring efforts that will greatly contribute to our knowledge and understanding of changes occurring in the arctic environment.” One out of 12 subprojects within ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ aims to “increase awareness of drone technology and sensors among researchers and research station managers while making industry aware of innovative potential uses requiring drone and sensor development.” A drone is an unmanned aerial system/vehicle (UAS/UAV), i.e. an airborne vehicle without a human pilot aboard. This master thesis examines the need of drones at the ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ research stations and how arctic climates affect drone technology and the ergonomics of piloting a drone. The thesis also provides an overview of the current state of the drone market and the laws and regulations that affect the use of drones. A survey was distributed within ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ to map the researchers’ need of, and attitudes towards, drones, followed by exhaustive interviews with researchers and other key figures. Field testing at Tarfala Research Station provided complementing data. The primary insight from the study was that the researchers’ need, as well as the tasks and methods that they employ, vary greatly. Another insight was that many researchers want to use drones primarily as a sensor platform to collect data from large areas in a short time span. A situation-based drone recommendation and a concept proposal for a simple water sampling solution were made based on the results of the studyDetta är ett examensarbete utfört av Maria Ader och David Axelsson, studenter på civilingenjörsprogrammet Design och Produktframtagning på KTH, med masterinriktning Teknisk Design. Arbetet är utfört åt ÅF i syfte att bidra till EU-projektet ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ. Iɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ är EU:s satsning på klimatforskning i Arktis och syftar till att “koordinera och harmonisera forskning och miljöbevakning som bidrar till vår kunskap och förståelse av förändringar som sker i de arktiska miljöerna.” Ett av tolv delprojekt inom ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ-projektet syftar till att öka medvetenheten om drönarteknologi och sensorer bland forskare och föreståndare på forskningsstationerna inom ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ, samt att göra drönarindustrin medveten om nya potentiella användningsområden. En drönare är ett obemannat luftfartyg, d.v.s. en flygfarkost utan pilot ombord. Drönare benämns ibland som “UAS” och “UAV”. I den här rapporten används främst den engelska termen “drones”. Detta examensarbete undersöker behovet av drönare på de forskningsstationer som är delaktiga i ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ och hur det arktiska klimatet påverkar drönartekniken och ergonomin. Arbetet kartlägger även drönarmarknaden och de lagar och regler som påverkar användandet av drönare. En utförlig studie genomfördes, där forskarnas behov av drönare undersöktes. En enkät skickades ut inom ɪɴᴛᴇʀᴀᴄᴛ och utförliga intervjuer genomfördes med forskare och andra nyckelpersoner. Ett studiebesök på Tarfala forskningsstation kompletterade med fältdata. Den främsta insikten från studien var att behov, arbetsuppgifter och metoder varierar mycket mellan de olika forskarna. En annan insikt var att många ville använda drönare som sensorbärare, och på så sätt insamla data från stora områden på kort tid. Resultatet från studien låg till grund för en situationsbaserad drönarrekommendation samt ett konceptförslag för en enkel vattenprovtagningslösning.
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Petkova, Mia. "Deploying drones for autonomous detection of pavement distress". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2016. http://hdl.handle.net/1721.1/106049.
Texto completoResumen
Thesis: S.M., Massachusetts Institute of Technology, School of Architecture and Planning, Program in Media Arts and Sciences, 2016.Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 57-61).
Road repair expenditure comprises a significant portion of US federal and municipal budgets. Inspection and timely maintenance are crucial preventative measures against pavement distress formation that can lower the monetary burden of repairs. Yet state of the art road inspection techniques still employ technicians to perform distress measurements manually. These methods are often too costly, time-consuming, labor-intensive and require technical expertise. Meanwhile, autonomous systems are increasingly deployed in place of human operators where tasks are monotonous and where risk of exposure to hostile conditions is great. As a time-consuming but highly repetitive task, road inspection presents a promising candidate for task automation. Automating road inspection can present significant efficiency gains that can aid agencies in responding to early signs of erosion in a timely manner. In this work, I explore the capacity of drones to perform autonomous pavement inspections. I develop a system that dispatches drones to survey an area, diagnose the presence of pavement distress in real time, and record imagery and coordinates of locations requiring repair. This system presents an alternative to on-ground inspections and tools that draw on crowd-sourced mechanisms to identify potholes. It builds on other recent technological solutions that employ remote sensing to collect and interpret data on pavement health. The results from this mission will be visualized through a web platform that can not only aid cities in consolidating a fragmented and costly data collection process, but also in minimize human error in the identification and prioritization of problem areas.
by Mia Petkova.
S.M.
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Jiang, Ziwen M. EngMassachusetts Institute of Technology. "An autonomous landing and charging system for drones". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2019. https://hdl.handle.net/1721.1/123029.
Texto completoResumen
This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.Thesis: M. Eng., Massachusetts Institute of Technology, Department of Electrical Engineering and Computer Science, 2019
Cataloged from student-submitted PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 69-71).
A sensor-equipped consumer-grade drone can help collect data about the world. However, a drone's flight time today is measured in tens of minutes. Charging multiple drones in a network also requires manual assistance. In this thesis, we develop an integrated system with an autonomous charging pad that a drone can accurately land on. At the same time, the charging system allows the drone to land in environments with low visibility, especially during the nighttime. This research combined vision-based marker detection and flight control algorithms to create accurate landing procedures with different camera modules. Two charging platform designs of wireless and wired contact charging were built with the marker. The autonomous charging system enables a drone to land more accurately than the GPS-based navigation and gets charged without human assistance.
by Ziwen Jiang.
M. Eng.
M.Eng. Massachusetts Institute of Technology, Department of Electrical Engineering and Computer Science
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Ibenthal, Julius. "Multi-target tracking by non-linear set-membership methods". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPAST124.
Texto completoResumen
La recherche et le suivi de cibles mobiles constituent une tâche d'intérêt mais notablement difficile parmi les diverses applications des robots. Cette thèse considère la recherche et le suivi d'un nombre inconnu de cibles mobiles se déplaçant dans une zone délimitée par une flotte coopérative de véhicules aériens sans pilote (UAV). Des schémas d'estimation et de contrôle distribués sont présentés. Les schémas d'estimation reposent sur l'hypothèse que les perturbations d'état et les bruits de mesure sont bornés. Des estimateurs distribués robustes ensemblistes sont utilisés pour caractériser l'ensemble garanti de contenir les cibles. Les estimations ensemblistes sont mises à jour par chaque drone à l'aide des informations recueillies par ses propres capteurs et par les drones voisins. Les trajectoires des UAVs sont calculées en utilisant des approches de contrôle prédictif de modèle. Les lois de commande sont conçues afin de diminuer l'incertitude d'estimation des cibles inconnues, non encore détectées, et des cibles déjà connues et faisant l'objet d'un suivi. Les schémas d'estimation et de contrôle développés reposent sur de nouveaux modèles détaillés de conditions déterministes d'identification et de détection des cibles. Ces conditions tiennent compte des états du drone et de la cible, des contraintes des capteurs et des obstacles environnementaux. Les estimateurs développés utilisent des mesures de cibles identifiées et non identifiées et sont robustes à la présence de leurres potentiels, qui peuvent être confondus avec les cibles. En outre, le nouveau modèle de détection déterministe permet d'évaluer des estimations ensemblistes garanties de l'emplacement des cibles dans des environnements structurés inconnus, où il est difficile de démontrer l'absence d'une cible à une localisation donnée. Pour effectuer cette estimation, il n'est pas nécessaire de disposer d'une carte de l'environnement ou de la construire. Diverses simulations illustrent la capacité des approches proposées à rechercher et à suivre efficacement un nombre inconnu de cibles mobiles dans une zone de recherche délimitée. De plus, les résultats obtenus par de premières expérimentations sont présentésSearching and tracking mobile targets remains a challenging task among the various applications for robots. This thesis considers the search and track of an unknown number of targets moving in a bounded area by a cooperative Unmanned Aerial Vehicle (UAV) fleet. Distributed estimation and control schemes are presented. The estimation schemes rely on the assumption that state perturbations and measurement noises are bounded. Robust distributed set-membership estimators are used to evaluate set estimates that are guaranteed to contain the target states. The set estimates are updated by each UAV using information collected from its sensors and from the neighboring UAVs. The trajectories of the UAVs are designed using model predictive control approaches. The control is designed to decrease the estimation uncertainty of the unknown, not yet detected targets and known, tracked targets.The developed estimation and control schemes rely on new detailed models of deterministic identification and detection conditions of the targets. These conditions account for UAV and target states, sensor constraints, and environmental obstacles. The developed estimators utilize measurements of identified and unidentified targets and are robust to the presence of potential decoys, which may be confused with the targets. Furthermore, the new deterministic detection model allows the evaluation of guaranteed set estimates of target locations in unknown structured environments, where it is challenging to demonstrate the absence of a target at a given location. To estimate the target locations, neither having nor building a map of the environment is necessary.Various simulations illustrate the ability of the proposed approaches to efficiently search and track an unknown number of moving targets within some delimited search area. Additionally, preliminary experimental studies are carried out
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Kancir, Pierre. "Méthodologie de conception de système multi-robots : de la simulation à la démonstration". Thesis, Lorient, 2018. http://www.theses.fr/2018LORIS519/document.
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Méthodologie de Conception de Système Multi-robots : de la Simulation à la Démonstration. Les systèmes multi-robots sont des systèmes complexes mais prometteurs dans de nombreux domaines, les nombreux travaux académiques dans ce domaine attestent de l'importance qu'ils auront dans le futur. Cependant, si ces promesses sont réelles, elles ne sont pas encore réalisées comme en témoigne le faible nombre de systèmes multi-robots utilisés dans l'industrie. Pourtant des solutions existent afin de permettre aux industriels et académiques de travailler ensemble à cette problématique. Nous proposons un état de l'art et les défis associés à la conception des systèmes multi-robots d'un point de vue académique et industriel. Nous présentons ensuite trois contributions pour la conception de ces systèmes : une réalisation d'un essaim hétérogène en tant que cas d'étude pratique afin de mettre en évidence les obstacles de conception. La modification d'un autopilote et d'un simulateur pour les rendre compatibles aux développements des systèmes multi-robots. La démonstration d'un outil d'évaluation sur la base des deux contributions précédentes. Enfin, nous concluons sur la portée de ces travaux et des perspectives à venir sur la base de l'open sourceMulti-robot System Design Methodology : from Simulation to Demonstration Multi-robot systems are complex but promising systems in many fields, the number of academic works in this field underlines the importance they will have in the future. However, while these promises are real, they have not yet been realized, as evidenced by the small number of multi-robot systems used in the industry. However, solutions exist to enable industrialists and academics to work together on this issue. We propose a state of the art and challenges associated with the design of multi-robot systems from an academic and industrial point of view. We then present three contributions for the design of these systems: a realization of a heterogeneous swarm as a practical case study in order to highlight the design obstacles. The modification of an autopilot and a simulator to make them compatible with the development of multi-robot systems. Demonstration of an evaluation tool based on the two previous contributions. Finally, we conclude on the scope of this work and future perspectives based on open source
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Chadha, Abhimanyu. "Vision Based Localization of Drones in a GPS Denied Environment". Thesis, Virginia Tech, 2020. http://hdl.handle.net/10919/99887.
Texto completoResumen
In this thesis, we build a robust end-to-end pipeline for the localization of multiple drones in
a GPS-denied environment. This pipeline would help us with cooperative formation control,
autonomous delivery, search and rescue operations etc. To achieve this we integrate a custom
trained YOLO (You Only Look Once) object detection network, for drones, with the ZED2
stereo camera system. With the help of this sensor we obtain a relative vector from the left
camera to that drone. After calibrating it from the left camera to that drone's center of mass,
we then estimate the location of all the drones in the leader drone's frame of reference. We
do this by solving the localization problem with least squares estimation and thus acquire
the location of the follower drone's in the leader drone's frame of reference. We present the
results with the stereo camera system followed by simulations run in AirSim to verify the
precision of our pipeline.Master of Science
In the recent years, technologies like Deep Learning and Machine Learning have seen many rapid developments. This has lead to the rise of fields such as autonomous drones and their application in fields such as bridge inspection, search and rescue operations, disaster management relief, agriculture, real estate etc. Since GPS is a highly unreliable sensor, we need an alternate method to be able to localize the drones in various environments in real time. In this thesis, we integrate a robust drone detection neural network with a camera which estimates the location. We then use this data to get the relative location of all the follower drones from the leader drone. We run experiments with the camera and in a simulator to show the accuracy of our results.
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Hamáček, Vojtěch. "Vývoj bezpilotního prostředku pro autonomní mise". Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2021. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-442528.
Texto completoResumen
The aim of this thesis is to modify commercially produced drone DJI Matrice 100 and replace its original control unit by open source Pixhawk and its accessories. Subsequently, it deals with the selection of suitable open source firmware for Pixhawk and its configuration on the device. Another part is dedicated to the possibilities of using the Robotic Operating System (ROS) and its Mavros libraries on the onboard computer Raspberry Pi. By using Mavros, it examines the possibilities of drone flight control, both in the simulation environment and in the real environment.
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Boukraa, Djaber. "Sur la conception, la génération de trajectoires et la commande d'un avion autonome de faible dimension". Evry-Val d'Essonne, 2006. http://www.biblio.univ-evry.fr/theses/2006/Interne/2006EVRY0027.pdf.
Texto completoResumen
Mes travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre des activités de recherche sur les drones; ils portent sur la conception , la planification de trajectoires et la commande d'un drone type avion pour des applications civiles. Ce manuscrit est organisé en trois parties principales dont la première est consacrée au procesus de conception et à la modélisation du drone. La deuxième partie concerne la génération de trajectoires et présente deux algorithmes. Le premier permet de déterminer les conditions d'une trajectoire d'équilibre. Cet algorithme tient compte de la dynamique du véhicule et des différentes contraintes et limitations auxquelles il est soumis. Le deuxième algorithme est générateur de trajectoires basé sur la notion de trajectoires d'équilibre. Ce type de trajectoires a l'avantage de simplifier le modèle mathématique. Dans la génération des trajectoires, l'algorithme utilise une stratégie tout ou rien (Bang-Bang). Dans la dernière partie nous synthétisons une loi de commande non linéaire pour le suivi de trajectoire de référence. Cette technique est basée sur le bouclage de sortie linéarisantThis work deals with the fixed wings unmanned aerial vehicle (UAV) design, trajectories planning and control. The manuscript is organized as follows : The first part presents the process of design and the UAV modelling. In the second part we propose two algorithms. The first one allows to determining the trim configurations (state and control vectors) for different constraints and limitations to which it is subjected. The second algorithm is a trajectories planner; it uses like primitives a set of trim trajectories to reduce the complexity of the dynamical model. It generates the optimal trajectory by using bang-bang strategy. The last part of this manuscript presents a control technique based on output feedback linearization. This approach transforms the system into an equivalent linear system. This makes possible the use, after that, of any linear control approach
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Sfard, Nathan. "Towards Autonomous Localization of an Underwater Drone". DigitalCommons@CalPoly, 2018. https://digitalcommons.calpoly.edu/theses/1866.
Texto completoResumen
Autonomous vehicle navigation is a complex and challenging task. Land and aerial vehicles often use highly accurate GPS sensors to localize themselves in their environments. These sensors are ineffective in underwater environments due to signal attenuation. Autonomous underwater vehicles utilize one or more of the following approaches for successful localization and navigation: inertial/dead-reckoning, acoustic signals, and geophysical data. This thesis examines autonomous localization in a simulated environment for an OpenROV Underwater Drone using a Kalman Filter. This filter performs state estimation for a dead reckoning system exhibiting an additive error in location measurements. We evaluate the accuracy of this Kalman Filter by analyzing the effect each parameter has on accuracy, then choosing the best combination of parameter values to assess the overall accuracy of the Kalman Filter. We find that the two parameters with the greatest effects on the system are the constant acceleration and the measurement uncertainty of the system. We find the filter employing the best combination of parameters can greatly reduce measurement error and improve accuracy under typical operating conditions.
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Laine, Rickard. "To drone, or not to drone : A qualitative study in how and when information from UxV should be distributed in rescue missions at sea". Thesis, Linköpings universitet, Institutionen för datavetenskap, 2020. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-167054.
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Swedish maritime rescue consists of a number of resources from various organizations that will work together and achieve a common goal, to save people in need. It turns out that information is a significant factor in maritime rescue missions. Whether you are rescuer at the accident scene or coordinating the rescue mission from the control center, information provides you better situation awareness and knowledge of the situation, which creates better conditions in order achieve the goal for the mission. Applying Unmanned Vehicles (UxV) for Swedish maritime rescue means another resource that can provide additional necessary information. In this study, several methods have been used to find out where in the mission information from UxVs can conceivably contribute. The study identifies three critical situations where there is a need for UxV. This result, in turn, leads to other questions, such as who should be the recipient of the new information and how it affects the information flow as a whole? Information visualization proves to be an important factor in this. Where you can help the recipient of the information in their work with the help of clear and easily understood visualization without affecting the flow or coordination in their work.
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Thorel, Sylvain. "Conception et réalisation d'un drone hybride sol/air autonome". Thesis, Paris, ENMP, 2014. http://www.theses.fr/2014ENMP0054/document.
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Ce travail est dédié au contrôle non linéaire d'un drone de type quadricoptère dont la spécificité est de pouvoir voler aussi bien que se déplacer en glissant sur le sol, à la façon d'un aéroglisseur. Dans un contexte d'exploration autonome de bâtiment, ce concept hybride permet d'économiser les batteries lorsqu'il n'est pas nécessaire de voler puisque le drone profite des surfaces planes pour se déplacer sans avoir à compenser la gravité ; il peut ainsi prolonger l'autonomie au-delà de la vingtaine de minutes typique d'un quadricoptère classique. Contrairement aux véhicules terrestres à roues, les capacités de franchissement de notre drone sont fortement augmentées car son aptitude au vol l'autorise à éviter les obstacles, à changer d'étage ou passer par une fenêtre. L'étude menée ici concerne essentiellement le déplacement surfacique de ce drone hybride, et vise à concevoir et implémenter une loi de contrôle capable d'asservir ce système sur des trajectoires planes au sol. Ce drone terrestre est similaire à un système sous actionné de type glisseur ; le problème de la stabilisation en un point est donc distingué du suivi de trajectoire en raison de la condition de Brockett que ce système ne satisfait pas ; notre plateforme ne peut donc pas être stabilisée par des retours d'états continus. En s'appuyant sur la littérature, cette thèse propose différentes approches théoriques en temps variant, fonctions transverses, platitude ou encore par "Backstepping" pour répondre à ces problèmes. Après une phase d'identification du modèle dynamique employé, la partie expérimentale, exploitant un système de Motion Capture pour récupérer les informations de position et d'orientation du système, valide ces lois de contrôle et de commande pour le suivi d'une trajectoire circulaire simpleThis thesis is dedicated to the non-linear control of a special hybrid quadrotor which is able to fly, and slide on the ground like an hovercraft. In the context of an autonomous indoor exploration this hybrid concept allows saving energy when flying is not necessary, since the drone can then slide on the ground without having to compensate for the gravity; autonomy can last beyond the 20 minutes typical of a standard quadrotor. Contrarily to wheeled mobile robots, the hybrid drone ability to move across space is strongly increased since it can fly to avoid obstacles, to move between two levels, to get in through a window. The study under consideration is essentially focused on the displacement of the drone on the ground and aims at designing and implementing a control law so that our system is able to track a 2D xy plane trajectory. This terrestrial quadrotor is similar to a slider underactuated vehicle. The point stabilisation is then separately studied from the trajectory tracking issue because of the Brockett condition, which is not satisfied in that case; our platform cannot be stabilized by means of continuous state feedbacks. This thesis proposes different theoretical developments based on the literature and deriving from time varying control laws, transverse functions, flatness or backstepping techniques to solve both point stabilisation and trajectory tracking. The experimental part of the thesis is based on the recovering of the drone position in real time and orientation via a Motion Capture system for feedback loop in the control law; the proposed dynamical model was validated as well as the control and command laws for the tracking of a circular trajectory
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Lizarraga, Mariano. "Autonomous landing system for a UAV /". Monterey, Calif. : Springfield, Va. : Naval Postgraduate School ; Available from National Technical Information Service, 2004. http://library.nps.navy.mil/uhtbin/hyperion/04Mar%5FLizarraga.pdf.
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Thesis (M.S. in Electrical Engineering)--Naval Postgraduate School, March 2004.Thesis advisor(s): Roberto Cristi, Isaac Kaminer. Includes bibliographical references (p. 125). Also available online.
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Dumas, Pierre-Yves. "Intégrer la décision humaine lors de la mise à jour d'une mission de drones". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066732.
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Les clients des missions de drones sont demandeurs de systèmes d'information et de décision dans lesquels l'humain joue un rôle clé avec sa capacité unique d'analyse. Nous avons présenté comme première contribution un référentiel des niveaux d'automatisation qui interroge systématiquement sur le rôle de l'humain, et ce en rupture avec les référentiels précédents. Nous avons proposé comme seconde contribution un système décisionnel qui laisse les systèmes automatisés être incertains quant à l'ordre de certaines options de telle sorte que l'opérateur/superviseur puisse trancher. Afin d'augmenter le ratio nombre de drones / nombre d'humains, nous avons restreint l'usage de la décision humaine à l'arbitrage des conflits entre objectifs majeurs. Nous avons finalement expérimenté le sacrifice d'objectifs mineurs pour donner plus de temps à ces arbitrages. En conclusion nous rappellerons les mérites de nos deux contributions. LOA4 est un référentiel des niveaux d'autonomie centré sur l'humain, attentif à l'adaptation et compatible avec UML/PACT. Le système décisionnel que nous proposons est également centré sur l'humain et lui permet de jouer - même avec parcimonie et parfois au prix du sacrifice d'objectifs mineurs - un rôle clé basé sur sa capacité unique d'analyseHumans are still vital after years of automation and the clients of UAV mission systems want to preserve the human user’s key role because human knowledge, experience and judgment provide unique capability to analyze safety risks and to think ahead in uncertain and novel situations. Our first contribution is LOA4, a set of tree levels of automation in four dimensions to assess human involvement in partially automated systems. Previous sets focus too much attention on the computer rather than on the collaboration between the computer and its operator/supervisor. Unlike previous sets, our set systematically assess human involvement: is there none; some sometime; or some anytime. Its simplicity allow to recursively assess the situation of automation of a system based on the situation of automation of its parts. These information can be part of an IHM to increase the situation awareness in real time. Our second contribution is a mission system in which automated systems decide to delegate some decisions to humans. In order to increase the ratio number of “uavs / number of humans”, decisions that are untrusted to humans are mostly both ambivalent and critical. Some minor goals may be discarded to provide humans with more time to make their decisions. We implemented our approach and we report some results
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Truong, Victor. "DIGUE : Détection d’Interférences Gnss pour U.a.v autonomE". Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAS018.
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La présente étude s'inscrit dans le domaine des interférences GNSS, en particulier les interférences de leurrage. Le leurrage consiste à induire une fausse position à un récepteur, c'est-à-dire une position différente de celle où il localisé. Cette étude consiste à proposer une approche de détection d'interférences de leurrage pour drone autonome utilisant les données directement issues des récepteurs. En réalisant un état de l'art des méthodes de détection de leurrage, le contrôle du biais d'horloge est apparu comme une approche potentielle. Une modélisation numérique d'une attaque de leurrage sur un récepteur a mis en évidence que le biais d'horloge présente des sauts lorsqu'il passe de la constellation GNSS à la constellation du leurre. En reproduisant cette attaque sur des récepteurs commerciaux utilisant de vrais signaux, le biais d'horloge présente des sauts plus importants que prévus par le modèle, et dans certains cas sur la dérive du biais également. Ces sauts ont été observés sur différents scénarios d'attaque plus ou moins subtiles, cependant l'amplitude de ces sauts semble aléatoire.Pour aller plus loin que la simple détection de leurrage, une approche utilisant une formation de drones communicants a été proposée dans le but de faire une estimation de la localisation du leurre. Cette méthode est basée sur un protocole de déplacement permettant à la formation de délimiter une zone de l'espace où le leurre est supposé être localisé. Le protocole actuel n'est pas encore complètement abouti mais il offre déjà une base prometteuse.L'étude du comportement du biais d'horloge a permis de mettre en évidence son intérêt dans une stratégie de détection de leurrage GNSS. A partir de ce constat, de futurs travaux pourront être menés sur le développement et l'implémentation sur un drone volant d'un algorithme de détection basé sur le contrôle du biais d'horloge. L'étude de l'utilisation d'une formation de drone pour la localisation d'un leurre a permis de poser les bases d'une solution prometteuse. De futurs travaux peuvent être menés afin de compléter le protocole de déplacement et de valider son efficacité face à différents types de leurresThis study is part of the field of GNSS interference detection, in particular spoofing interferences. Spoofing consist in inducing a false position to a receiver, i.e a position different from the receiver's true position. The study's aim is to propose an approach for detecting spoofing interferences on an autonomous UAV using data directly available on the receivers. With the study of the state of the art of spoofing detection methods, the monitoring of the clock bias seemed like a potential method. A numerical modeling of a spoofing attack on a receiver showed that the clock bias undergoes jumps when it switch from the GNSS constellation to the spoofing constellation. By replicating this attack on a commercial receivers using real signals, the clock bias shows higher jumps than expected by the model and in some cases the clock drift also show some jumps. These jumps have been observed on different more or less subtle attack scenarios, however the amplitude of the jumps seems random.To go further than the simple spoofing detection, an approach using a communicating drone formation has been proposed. This method is based on a movement protocol allowing to delimit a space area where the spoofer is supposed to be located. The current protocol is not yet fully completed but it offers a promising basis.The study of the behavior of the clock bias highlighted its interest in a GNSS spoofing detection strategy. Based on this observation, further work could be carried out on the development and implementation on a UAV of a detection algorithm based on the monitoring of the clock bias. The study of the use of a drone formation for the localization of a spoofer led to the basis of a promising solution. Further work could be carried out in order to complete the movement protocol and to validate its efficiency against different types of spoofers
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Choudhary, Abhishek. "Autonomous Exploration and Data Gathering with a Drone". Thesis, KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-223448.
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Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are agile and are able to fly in and out of areas that are either dangerous for humans or have complex terrains making ground robots unsuitable. For their autonomous operation, the ability to explore unmapped areas is imperative. This has applications in data gathering tasks, search and rescue etc. The objective of this thesis is to ascertain that it is, in fact, possible and feasible to use UAVs equipped with 2D laser scanners to perform autonomous exploration tasks in indoor environments. The system is evaluated by testing it in different simulated and real environments. The results presented show that the system is capable of completely and safely exploring unmapped and/or unexplored regions.Obemannade flygfarkoster (UAV) är smidiga och kan flyga in och ut ur områden som är farliga för människor eller är svårtillgängliga för markrobotar. För att nå höga nivåer av autonomitet måste en UAV kunna utforska och kartlägga ett okänt område på egen hand. Det finns flera tillämpningar för detta, så som räddningsuppdrag och datainsamling. Målet med denna avhandling är att visa attdet är möjligt att använda en UAV utrustad med 2D-laserskannrar för att utföra autonoma kartläggningsuppdrag i inomhusmiljöer. Systemet utvärderas genom att testa det i olika simulerade och verkliga miljöer. De presenterade resultaten visar att systemet kan utforska okända områden på ett säkert sätt.
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Bananga, L. A. "Information technology of autonomous drone control system design". Master's thesis, Sumy State University, 2021. https://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/86926.
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Dickensheets, Benjamin D. "AvaDrone: An Autonomous Drone for Avalanche Victim Recovery". Thesis, Harvard University, 2015. http://nrs.harvard.edu/urn-3:HUL.InstRepos:14398525.
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For the 179 Americans that are caught in avalanches each year, timely recovery often means the difference between life and death. The goal of this project was to design and build a prototype drone for a system to quickly and automatically locate a buried victim, using an on-board antenna to receive a signal from industry standard transmitting beacons. The design was based on a quad-rotor platform and uses Arduino hardware to receive a beacon signal and navigate the craft.
In broad strokes, this project is an effort to apply the new and exciting technology of hobby drones to the well-established application of avalanche victim recovery. Current avalanche beacon technologies suffer from challenges associated with user operation. Slow or untrained human searchers are poorly equipped to handle the challenges of a fast-paced search. The vision of an entirely autonomous solution to this problem has guided the project from its inception.
This idea has been little explored despite a proliferation of drone technology in recent years. On one hand, all of the pieces of the project already exist in one form or another. Avalanche beacon technologies continue to mature, as do hobby drones and their application. This project builds on precisely these preexisting pieces, to ask whether they can effectively work together to create something new.
Throughout the project, I ran into challenges and roadblocks of all kinds. Whenever possible, I looked toward existing solutions to guide my design decisions or to justify admitting defeat on a particular difficulty, in order to maintain my focus on the larger questions of how all of the pieces will work together. As I hope I have conveyed, the real contribution of this project is located at the intersection of these technologies, and it is there that I have focused my energies.
While much remains to be done on this project, the results that I have found all point to the viability of this project. This project isn’t close to being ready to actually rescue someone, but the pieces are all in place and ready for further development. More questions remain, but I hope that this work will help to propel avalanche recovery technologies into the future.
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Theodorakopoulos, Panagiotis. "On autonomous target tracking for UAVs". Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/545/.
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La plupart des applications des avions drones sont liées à l'observation d'événements au sol. En particulier, les suivi de cibles terrestres mobiles, qu'elles soient statiques, lentes ou rapides, est une tâche essentielle pour un drone. L'objectif global de la thèse est de proposer des méthodes qui permettent à un drone de suivre une cible terrestre, dans les conditions suivantes: - Le drone est de type voilure fixe équipé d'une caméra monoculaire. - Présence d'obstacles qui occultent la visibilité de zones au sol. - Existence de zones d'exclusion aérienne qui limitent le mouvement aérien. - Restrictions sur le champ de vue du capteur qui assure le suivi (caméra) - Différents comportements de la cible : elle peut évoluer librement ou sous contraintes dynamiques (cas d'une voiture par exemple), et peut être neutre ou évasive~: dans ce dernier cas, elle peut exploiter la présence d'obstacles pour éviter d'être perçue par le drone. Trois approches pour aborder ce problème sont proposées dans la thèse : - Une méthode basée aux lois de contrôle et de la navigation, - Une méthode basée sur la prédiction des déplacements de la cible, - Et une approche basée sur la théorie des jeux. Des résultats obtenus par des simulations réalistes et avec un drone sont présentés, pour évaluer et comparer les avantages et inconvénients de chacune des approches. Des extensions au cas "multi-drones" sont aussi proposéesMost applications of Unmanned Aerial Vehicles are related to events that occur on the ground. In particular, ground target tracking, be the target static, slowly moving or maneuvering at high speeds, is an essential task for UAVs. The overall objective of this thesis is to provide methods to endow a drone to autonomously track a moving ground target, under the following conditions: - A fixed wing UAV equipped with a monocular camera. - Presence of obstacles that hinder ground visibility. - No Fly Zones that limit the airspace. - Restrictions on the field of view of the observing sensor (a camera) - Various target dynamics and behavior: the target may be either moving on an open field or on a road network, and also has dynamic constraints (e. G. If it is a car). It can be neutral or evasive: in the latter case, it can exploit the presence of obstacles, denoted as "shadows" to avoid being tracked by the UAV, making the problem akin to a "hide and seek" game. The thesis proposes three approaches to tackle this problem: - A control based navigation method, - An adversarial predictive method, - And a discrete game theoretic approach. Results obtained in realistic simulations and with an actual UAV are presented to evaluate and compare the pros and cons of each approach. Extensions to the multi-drone case are also considered
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Tellez, guzman Jose juan. "Navigation autonome d'un drone en intérieur basée sur les images". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT034.
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Cette thèse présente la conception et la mise en œuvre pratique d’unsystème de navigation intérieure d’un Drone en utilisant un système de vision dont les données sont obtenues à partir des informations sur l'environnement acquises par une caméra embarquée sur un Drone. Les techniques récemment utilisent les systèmes mono vision, vision stéréo et SLAM. Dans cette thèse nous développons de techniques pour la mono vision, en raison de la charge utile limitée dans un Drone. Les propriétés de perspective dans le traitement d’images sont utilisées pour concevoir le système de vision embarquée qui vise à extraire des informations visuelles. Afin de réaliser la navigation au milieu d’un couloir, la matrice de rotation de la caméra est obtenue à partir de directions orthogonales extraites par des points de fuite, dont les directions définissent un environnement structuré commun. Pour commander et stabiliser notre système de type Drone, un schéma de commande à base de quaternion borné est présenté, celui stabilise l'orientation du Drone, et il est également utilisé pour commander sa direction, en fusionnant les informations visuelles et celles provenant de la centrale inertielle.Pour corroborer nos résultats, le modèle mathématique du drone, les lois de commande et le système de vision, sont simulés afin de tester la stabilité du système complet. Une fois les simulations validées, la navigation autonome d’un drone dans le monde réel a été réalisée. Finalement, nous avons fait évoluer une plateforme réelle dans un environnement virtuel, intitulé quais-virtuelThis thesis presents the design and practical implementation of aquadrotor indoor navigation system using a vision system whose inputdata are obtained from environment information acquired by an embedded camera placed on quadrotor system. Actually, some used techniquesare mono vision, stereo vision, SLAM among others. For our researchwe propose to work with mono vision system, due the limited payload ofa quadrotor system. Properties in image perspective are used to designthe embedded vision system which aim is to extract visual information,to fly placed always in the center of a corridor. Camera rotation matrix is obtained by means of orthogonal directions extracted by vanishingpoints, which directions define a common structured environment. Then,to control and to stabilize our quadrotor system, a quaternion boundedcontrol scheme is presented, which stabilize quadrotor’s orientation, andalso is used to control its heading direction merging visual information.Quadrotor estimation positions with respect to world reference in y andz-axes are used as input for the bounded position control to pose it atdesired position. It should be mentioned that vision strategy is not ableto estimate x-axis, thus this axis is controlled manually.In order to corroborate ours results, mathematical model, control lawand vision system are simulated to corroborate the closed-loop system’sstability and for test our result in real world some platforms have beendeveloped, proposing a new quasi-virtual system that merge virtual worldwith real platform
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Phang, Nyit Sin. "Tethered operation of autonomous aerial vehicles to provide extended field of view for autonomous ground vehicles". Thesis, (2 MB), 2006. http://bosun.nps.edu/uhtbin/hyperion.exe/06Dec%5FPhang.pdf.
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Thesis (M.S.)--Naval Postgraduate School, 2006."December 2006." Includes bibliographical references (p. 47-48). Also available online from the Web site of the Naval Postgraduate School (http://www.nps.edu).
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Frantz, Natalie R. "Swarm intelligence for autonomous UAV control". Thesis, Monterey, Calif. : Springfield, Va. : Naval Postgraduate School ; Available from National Technical Information Service, 2005. http://library.nps.navy.mil/uhtbin/hyperion/05Jun%5FFrantz.pdf.
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Nilsson, Per Johan Fredrik. "Planning semi-autonomous drone photo missions in Google Earth". Thesis, Mittuniversitetet, Avdelningen för data- och systemvetenskap, 2017. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:miun:diva-31473.
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This report covers an investigation of the methods and algorithms required to plan and perform semi-autonomous photo missions on Apple iPad devices using data exported from Google Earth. Flight time was to be minimized, taking wind velocity and aircraft performance into account. Google Earth was used both to define what photos to take, and to define the allowable mission area for the aircraft. A benchmark mission was created containing 30 photo operations in a 250 by 500 m area containing several no-fly-areas. The report demonstrates that photos taken in Google Earth can be reproduced in reality with good visual resemblance. High quality paths between all possible photo operation pairs in the benchmark mission could be found in seconds using the Theta* algorithm in a 3D grid representation with six-edge connectivity (Up, Down, North, South, East, West). Smoothing the path in a post-processing step was shown to further increase the quality of the path at a very low computational cost. An optimal route between the operations in the benchmark mission, using the paths found by Theta*, could be found in less than half a minute using a Branch-and-Bound algorithm. It was however also found that prematurely terminating the algorithm after five seconds yielded a route that was close enough to optimal not to warrant running the algorithm to completion.
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Hung, David, Cinthya Tang, Coby Allred, Kennon McKeever, James Murphy y Ricky Herriman. "AUTONOMOUS GROUND RECONNAISSANCE DRONE USING ROBOT OPERATING SYSTEM (ROS)". International Foundation for Telemetering, 2017. http://hdl.handle.net/10150/627005.
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The Arizona Autonomous Club is a student organization at the University of Arizona which designs, builds, and competes with Unmanned Air Systems (UAS). This year, a 25% scale Xtreme Decathlon model aircraft was selected and successfully converted into a fully autonomous UAS for the AUVSI Student Unmanned Aerial Systems (SUAS) 2017 competition. The UAS utilizes a Pixhawk autopilot unit, which is an independent, open-hardware project aiming at providing high-end autopilot hardware at low costs and high availability. The Pixhawk runs an efficient real time operating system (RTOS) and includes sensors such as a GPS unit, IMUs, airspeed, etc. The UAS also includes an onboard imaging system, which is controlled by an onboard computer (OBC). The Pixhawk and OBC are interconnected with two ground control stations (GCS) using the Robot Operating System (ROS) framework, which is capable of extending overall system capabilities to include an expanded telemetry downlink, obstacle avoidance, and manual overrides.