Contribution to the dynamic control of high speed wheeled robots on slippery terrains
Contribution à la commande dynamique des robots mobiles rapides à roues sur sols glissants
Résumé
The research problems considered in this thesis are localization and dynamic control of wheeled robots during their high-speed movement in outdoor environments. We propose an extended Kalman filter for localization. It supplies the position and the orientation of the vehicle in the yaw plan by taking into account latent period of GPS measurement reception, and validating their relevance. This filter was simulated and experimentally tested. A sliding mode controller is designed for path tracking of a differentially driven vehicle, the inputs being respectively the linear velocity and the yaw angle. This controller was developed for two kinds of platforms with four and six wheels. The second control algorithm consists in modulating the couples applied to each of the wheels of a car-like vehicle by an analysis of its dynamic behavior for a yaw velocity error rejection. This algorithm being experimentally validated, was then completed by including the dynamic model of a multi steered wheeled robot. Finally, we study the drift phenomenon in order to use it for a temporally optimized path tracking.
Les problématiques de recherche abordées dans le cadre de cette thèse sont la localisation et la commande dynamique des robots mobiles à roues lors de leur évolution à grande vitesse en environnements extérieurs. Pour la localisation, nous proposons un filtre de Kalman étendu qui permet d'estimer la position et l'orientation du véhicule dans le plan du lacet en tenant compte des temps de latence lors de la réception de mesures GPS, et vérifie leur pertinence. Ce filtre a été simulé et validé lors de phases expérimentales. Une loi de commande en suivi de chemin, assurant la régulation de l'angle de lacet et de la vitesse d'avance est développée en utilisant les techniques de commande de type mode glissant. Une implémentation de cette loi de commande a été réalisée sur deux types de robots mobiles à quatre roues et à six roues. La seconde commande présentée consiste à moduler les couples appliqués sur chacune des quatre roues d'un véhicule à roues avants directionnelles en s'appuyant sur une analyse de son comportement dynamique pour une compensation des erreurs en vitesse de lacet. Cet algorithme, validé expérimentalement, a ensuite été complété en y intégrant le modèle dynamique d'un robot composé d'un nombre quelconque de roues directionnelles. Enfin, nous étudions le phénomène de dérapage en vue de l'utiliser pour l'optimisation temporelle d'un suivi de chemin.
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