Control of a fast wheeled skid-steering mobile robot on natural soil
Commande d'un robot mobile rapide à roues non directionnelles sur sol naturel
Résumé
A mobile robot traveling over a natural terrain at high speed is subject to slipping and skidding phenomena. The control of the movement at high speed in natural environment may become an important challenge for robotic applications in terrestrial or planetary exploration and in agriculture. In this thesis, we developed a semi-empirical model of the interaction between wheels and soil, which has been integrated into a new control scheme. The overall objective is to design a control architecture for path following or trajectory tracking, while taking into account dynamics and slippage. This control architecture has been validated in a dynamic simulation environment, which was enhanced to include the contact model. A robotic platform was built and instrumented in order to demonstrate experimentally the relevance and the benefits of this approach. In particular, a ground speed sensor, based on Doppler effect, has been developed. Thus, it is possible to measure and regulate the slippage of wheels with respect to the ground. An in situ estimation procedure of the contact model parameters has also been validated.
Un robot mobile se déplaçant à une vitesse élevée sur un sol naturel est soumis à des phénomènes de glissement et de dérapage. La maîtrise des déplacements à haute vitesse en environnement naturel peut devenir un enjeu important pour des applications robotiques dans l'exploration terrestre, spatiale, ou dans l'agriculture. Durant la thèse, nous avons développé un modèle d'interaction semi-empirique entre les roues et le sol, qui a été ensuite intégré à une nouvelle méthode de commande du système. L'objectif global est la conception d'une architecture de commande pour le suivi de trajectoire ou de chemin, en tenant compte de la dynamique et des glissements. Cette architecture de commande a été validée dans un environnement de simulation dynamique, dans lequel nous avons implémenté le modèle de contact. Une plateforme robotique a été construite et instrumentée afin de démontrer expérimentalement la pertinence de cette approche. En particulier, un capteur de vitesse absolue basé sur l'effet Doppler a été développé. Il est ainsi possible de mesurer le glissement des roues par rapport au sol et de le réguler. Une procédure d'estimation in situ des paramètres du modèle de contact a également été validée.
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