Résumés des communications
Jean-Marc MOSCHETTA, Manuel REYES
SUPAERO
10, avenue Edouard Belin - BP 4032,
31055 Toulouse Cedex 4, France
Résumé
Le développement d’un micro-drone (20 cm) capable d’effectuer une mission de renseignement en contexte opérationnel et dans des conditions sévères d’utilisation : espaces confinés, brouillage électromagnétique, conditions météorologiques et de luminosité difficiles, discrétion visuelle et acoustique, etc. représente un challenge scientifique et technique très ardu et constitue pour SUPAERO un projet pédagogique valorisant et motivant pour de nombreux élèves - ingénieurs de l’Ecole. La stratégie de développement adoptée au sein des laboratoires de SUPAERO est basée sur la confrontation entre études de qualification et d’optimisation des sous-systèmes et approche système poussée jusqu’au niveau des essais en vol.
Christophe BERTHOLET
ALCORE Technologies
Résumé
ALCORE Technologies applique depuis plusieurs années une philosophie de développement des systèmes de drones centrée sur le bas coût.
Produire à bas coût est assujetti à un mode d'architecture propre, faisant appel a une large utilisation des technologies grand publique.
Dès la conception, il est indispensable de parfaire l'assemblage des différentes briques technologiques, maillons indissociables pour former un système robuste.
ALCORE Technologies assemble simplement, sans déroger aux règles élémentaires de chaque métier, chaque brique technologique qualifiée et optimisée suivant une spécification.
Les sytèmes Maya, Azimut et Futura sont nés ainsi, sans oublier une quête constante de recherche de perfection.
R. Bouttes, J. Lamaison, C. Widow, J.H. Llareus, C. Chiappa, D. Alazard
Département Commande des Systèmes
Laboratoire d’Automatique et d’Informatique
SUPAERO
10, avenue Edouard Belin - BP 4032,
31055 Toulouse Cedex 4, France
Résumé
Cet article présente une des activités du Laboratoire d’Informatique et d’Automatique associé au département Commande des Systèmes (CS) de SUPAERO. Le thème est celui des mini et micro-drones, pour lequel des liens étroits sont entretenus entre la recherche et l’enseignement de l’Automatique et des Systèmes Embarqués. Nous détaillons la plate-forme générale de développement de lois de pilotage et présentons « la Drénalyn », l’un des vecteurs choisi par SUPAERO et plus particulièrement l’architecture système et les fonctions de navigation et de pilotage qui ont été implantées et validées en vol.
Antoine Drouin et Philippe Bataillé.
Résumé
L'équipe Paparazzi-Kiool développe un mini drone à vol entièrement autonome.
Elle se compose d'amateurs aux compétences complémentaires : électroniciens, informaticiens, aérodynamiciens et aéromodélistes.
Son objectif est de réaliser un mini drone d'une complexité et d'un coût minimum, en suivant le modèle de développement open source.
Dans cette optique, le matériel utilise est constitue de fournitures de modélisme, d'électronique grand public, et d'outils informatiques open source.
La préférence est donnée à une approche expérimentale. Chaque étape de la réalisation est validée par des essais en vol.
Dr. Makkay, Imre; Mr. Molnar, Andras; Mr. Turoczi, Antal
Abstract
Task group of teachers and aspirants for PhD degree working on UAVs for several years at National Defense University of Hungary presents interim report of their research work. Realising an autonomous flight control system for mini and micro UAVs especially with low Reynolds number requires different approach. Part of troubles concerned to build inherently stabilized airframe can be solved by advanced wing-stabilization system. Authors this paper made a challange to explaine some ideas and result of experiments of automatically stabilized platform for riggid and rotating wing aircraft.
Franck RUFFIER et Nicolas FRANCESCHINI
Equipe biorobotique UMR Mouvement et Perception,
CNRS/Univ. de la Méditerranée,
31, chemin Joseph Aiguier
13402 Marseille Cedex 20
e-mail: [ruffier ou franceschini]@laps.univ-mrs.fr
Résumé
Dans le cadre de nos travaux en microrobotique d'inspiration biologique, nous avons mis au point un système de contrôle automatique de vol pour micro-aéronef que nous avons appelé OCTAVE (Optical altitude Control sysTem for Autonomous VEhicles). Pour en démontrer le principe, nous avons construit un aéronef miniature élémentaire ainsi qu’un banc de test instrumenté. L’aéronef est équipé d'un rotor à pas fixe assurant une poussée verticale responsable de son autosustentation. Mais ce rotor peut aussi être basculé en avant (tangage) pour imposer à l'appareil une composante de poussée horizontale.
L'appareil, captif, ne peut se déplacer qu’en azimut et en élévation. L'œil de l'appareil est orienté vers l’environnement visuel sous-jacent, lui-même composé de contrastes aléatoires posés sur le sol.
Nous montrons la faisabilité d’un pilotage automatique du vol basé sur une régulation de la vitesse de défilement des contrastes sur la rétine de l’œil, vitesse également appelée « flux optique ». On estime ce flux optique grâce un traitement optronique peu complexe monté à bord, basé sur un Détecteur Elémentaire de Mouvement (DEM). La structure de ce DEM est directement inspirée de ceux de la mouche, dont le schéma fonctionnel a été élucidé au laboratoire en associant à des enregistrements électrophysiologiques des microstimulations lumineuses de la rétine.
Le bouclage visuomoteur que nous avons réalisé permet un pilotage robuste à faible altitude et à différentes vitesses. L'électronique de traitement est de masse suffisamment réduite pour être embarquée à bord de nos futurs micro-aéronefs, dont la charge utile s’exprimera en grammes.
Mots clefs
Biorobotique, vision active, flux optique, micro-drones, AFCS (Automatic Flight Control System)
Laurent Muratet(*), Stéphane Doncieux(*), Jean-Arcady Meyer(*), Thierry Druot(**).
(*) Animatlab, LIP6
(**) Université Paul Sabatier
Les drones destinés à opérer en milieu urbain auront nécessairement une taille réduite et une capacité d'emport limitée, surtout s'ils ont vocation à pénétrer à l'intérieur des bâtiments. C'est pourquoi, leurs capacités à éviter les obstacles ne peuvent dépendre de capteurs de proximité usuels tels que sonars et capteurs infrarouges, trop encombrants ou consommant trop d'énergie. Une caméra, au contraire, est un capteur léger, consommant peu d'énergie, et susceptible d'être utilisé par un système d'évitement d'obstacles. Cette tâche nécessite le calcul du flux optique qui est le champ de vecteurs des vitesses apparentes des objets de la scène sur le plan-image.
Le principe de la stratégie d'évitement d'obstacles présentée dans cet article est inspiré du comportement de la mouche ou de l'abeille et vise à équilibrer les vitesses de défilement sur le plan-image d'objets vus à droite et à gauche du drone.
Des expériences en simulation ont été menées pour comparer diverses stratégies de contrôle et divers algorithmes d'extraction du flux optique. Le moteur physique utilisé simule un drone à voilure fixe de manière réaliste. Un environnement graphique 3D reproduit un milieu urbain. Le calcul du flux optique est réalisé par un système qui fonctionne en temps réel.
L'objectif à moyen terme est l'implémentation du système sur le drone Pégase fabriqué par l'Ensica.
Jean-Christophe Zufferey
PhD Student
EPFL-STI-I2S-ASL2
Swiss Federal Institute of Technology
1015 Lausanne
++41 21 693 77 53
http://asl.epfl.ch
http://zuff.info
Résumé
A l'heure où le domaine des micro-drones est en plein essor, la plupart des développements pour augmenter l'autonomie de navigation de ces engins vont dans le sens de l'intégration de capteurs toujours plus complexes comme des radars, des plateformes inertielles, le (D)GPS, etc. A l'opposé, notre projet s'intéresse au problème de la miniaturisation extrême des systèmes volants (par exemple pour permettre le vol à l'intérieur de bâtiments) pour lesquels, il n'y a pas la possibilité d'emporter de tels senseurs, ni les batteries répondant à leur besoin énergétique.
Dans ce cas de figure, l'analyse des systèmes biologiques comme les insectes volants peut se révéler une source d'inspiration particulièrement riche. Dans notre projet, nous appliquons des méthodes de nouvelle intelligence artificielle (réseau de neurones, algorithmes génétiques, biomimétique) afin d'obtenir des systèmes volants capable d'interfacer efficacement et le plus directement possible leurs entrées sensorielles (vision) à leurs actuateurs pour contrôler leur trajectoire (contrôle d'attitude, stabilisation de course, évitement d'obstacle) en tenant compte de contraintes extrêmes (charge utile < 5g, contrôle totalement embarqué, processeur de bord de type microcontrôleur 8-bit à 20MHz).
T. Netter and N. Franceschini
Dept. of Biorobotics
Motion and Perception Laboratory
CNRS - Univ. of the Mediterranean, Marseille
tnetter@ini.unizh.ch -- franceschini@laps.univ-mrs.fr
Abstract
Flying insects rely on their panoramic compound eye and Optic Flow for guidance and obstacle avoidance. Furthermore, flies bear remarkable neural fusing of visual, inertial, and aerodynamic senses.
We developed a miniature rotorcraft (diameter: 35 cm, weight: 0.840 kg) which features an analogue electronic vision system based on Elementary Motion Detectors (EMD) derived from the fly's motion detecting neurons. The aircraft uses this motion sensing visual system to follow terrain and avoid obstacles.
The rotorcraft's 20-photoreceptor onboard eye senses moving contrasts with 19 ground-based neuromorphic EMDs. Visual, inertial, and tachymeter signals from the aircraft are scanned by a data acquisition board in the flight control computer which runs the Real-Time Linux operating system. A weighted average fusion of the visual inputs is used to command thrust. A PID controller regulates pitch. Flight commands are broadcast from the ground computer to the flying aircraft.
Vision-based terrain following and landing were simulated. A video will show some automatic obstacle-avoiding flights at more than 2 m/s within the laboratory.
Keywords
MAV, Vision, Optic Flow, Fly eye
See also:
Netter, T. & Franceschini, N. 2002, `A Robotic Aircraft that Follows
Terrain Using a Neuromorphic Eye', Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. on
Intelligent Robots and Systems IROS'02, Lausanne, Switzerland, pp. 129-134
http://www.ini.unizh.ch/~tnetter
Stéphane VIOLLET et Nicolas FRANCESCHINI
Equipe biorobotique UMR Mouvement et Perception,
CNRS/Univ. de la Méditerranée,
31, chemin Joseph Aiguier
13402 Marseille Cedex 20
e-mail: [viollet ou franceschini]@laps.univ-mrs.fr
Résumé
Ce travail traite de la conception et de la réalisation d'un capteur visuel qualifié de "neuromimétique" car les principes sur lesquels il repose sont directement inspirés du vivant.
Nous nous intéressons à reproduire en hardware certains principes sensori-moteurs présents à bord des animaux. Cette démarche présente un double intérêt : d'une part elle conduit au design de capteurs originaux dont on n'aurait pas nécessairement eu l'idée autrement, d'autre part elle permet de valider un principe biologique et d'en montrer les limites.
Notre démarche s'appuie sur des études menées au laboratoire sur un micro-aéronef naturel, la mouche, dont les multiples prouesses sont bien connues mais qu'aucun microrobot n'a encore jamais égalé. Nous avons abordé le problème de la "stabilisation par la vision" en concevant un capteur appelé OSCAR (Optical Scanner for the Control of Autonomous Robots). Le principe nouveau sur lequel repose ce capteur visuel est la mesure de la vitesse de défilement d'un contraste par des photorécepteurs décalés spatialement, auxquels on impose un micro-balayage périodique s’inspirant d’une récente découverte faite sur la rétine de la mouche en vol [1]. La mesure du mouvement relatif de l'environnement visuel se fait par un circuit DEM (Détecteur Elémentaire de Mouvement) dont le principe est inspiré des neurones détecteurs de mouvement de la mouche [2].
Nous présentons une application de ce type de capteur à un mini-robot aérien, auquel il confère deux comportements visuo-moteurs de grand intérêt : la stabilisation en lacet et la poursuite fine d’une cible élémentaire [3]
Mots Clé
Vision active, capteur optique, micro-balayage, micro-drones, fixation, poursuite
Références
[1] N. Franceschini, and R. Chagneux (1997) "Repetitive scanning in the fly compound eye" in: Proc Göttingen Neurobiology Conf, eds. Wässle and Elsner.
[2] N. Franceschini (1985) "Early processing of colour and motion in a mosaic visual system" in Neuroscience Research, Elsevier, Vol. 2, pp.17-49
[3] S. Viollet, and N. Franceschini (1999) "Visual servo system based on a biologically inspired scanning sensor" in Sensor Fusion and decentralized Control in Robotic Systems II, SPIE Vol. 3839, Bellingham, USA, pp.144-155.
Christophe BERTHOLET
ALCORE Technologies
Résumé
Depuis plusieurs années, de nombreux travaux de recherches nous ont présenté de multiples projets de mini et de micro drones. Si les bilans énergétiques semblaient assez certains pour les matériels optroniques, transmissions et calculateurs actionneurs inboard, les systèmes de propulsion ne répondaient que succinctement au besoin opérationnel du système.
Afin de répondre aux études de prospectives opérationnelles, et élaborer le "champ des possibles " à un horizon déterminé,
ALCORE Technologies a proposé de réaliser une banque de données propulseurs, qualifiés suivant plusieurs critères, en anticipants les évolutions et progrès technologiques à un horizon donné.
Marco Buschmann, Thomas Kordes
University of Braunschweig
Lionel Pignier
ENSICA
Résumé
L’équipe DUMBO présente un projet novateur, développé par un groupe d'élèves de l'ENSICA qui dans le cadre de leurs études ont désiré concevoir une famille de drones de 50 cm d’envergure à voilure rhomboïdale et plan canard, pesant environ 500 g .
Cette configuration aérodynamique a été retenue pour ses aptitudes au vol lent ainsi que pour ses qualités de vol (modèle maniable et facile à piloter).
Une campagne d’essais en soufflerie nous a permis de valider cette solution tout en quantifiant ses performances.
En parallèle, une avionique embarquée permettant une stabilisation du modèle ainsi que son pilotage en taux de virage et taux de montée a été développée dans l’optique d’équiper ce type de vecteur.
J. De Miras, B. Vidolov
UMR CNRS 6599
Université de Technologie de Compiègne
Résumé
Le projet AURYON (Aerial Unmanned Robotic eYe With Outdoor Navigation) est née en février 2003 au laboratoire Heudiasyc (UMR CNRS 6599) de L’Université de Technologie de Compiègne. Un groupe de travail du laboratoire axe sa recherche, depuis quelques temps, sur la stabilisation automatique d’objets volants miniatures. Voulant aller au delà de ces résultats, en créant leur propre vecteur, J. De Miras et B. Vidolov ont organisé un groupe de travail dans lequel seront associés, chaque semestre, une vingtaine d’étudiants ingénieurs, et, à présent, de nouveaux enseignants chercheurs. L’opportunité offerte par le concours DGA-ONERA va permettre le financement de cette construction. L’objectif d’AURYON est la mise au point rapide d’un mini drone autonome en mixant l’intégration de technologie existante – « du marché » – quand c’est possible, à un développement se basant sur des techniques réalistes et accessibles. Cela nous amènera à l’obtention d’un engin à propulsion thermique d’environ 50 centimètres de diamètre pour un poids de 2.5 kilogrammes.
Jean-Luc SORIN1, Eric FLOCH2, Yvon LESAGE3,
1 Laboratoire Central des Ponts et Chaussées
2 et 3 Centre Technique de l’Equipement de l’Ouest
Résumé
Le déploiement du Schéma Directeur d’Information Routière (SDIR) sur 20 000 km de réseau structurant à l’horizon 2010 sur le territoire national est une des priorités de la politique du ministère de l’Equipement. Il touche particulièrement les aspects de sécurité routière.
Le SDIR vise à fournir aux usagers de la route une information sur l’état des conditions de circulation et suppose une évolution forte des organismes en charge de l’exploitation routière et un déploiement de moyens de recueil et de transmission sur le réseau routier.
La connaissance fine des phénomènes de congestion de la circulation, occasionnelle ou récurrente, est un enjeu fort pour les gestionnaires de réseau routier (DDE et sociétés d’autoroute).
En temps réel, il s’agit de diffuser de l’information pour améliorer la sécurité routière et le confort des usagers de la route.
En temps différé, la connaissance de la congestion permet aux gestionnaires d’améliorer le fonctionnement des infrastructures routières.
Outre les moyens traditionnellement utilisés pour la surveillance du trafic et la connaissance des bouchons, le Centre Technique de l’Equipement et le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées s’intéressent aux potentialités offertes par les drones équipés de moyens télévisuels.
Bien que les drones sont surtout développés pour le domaine militaire on imagine que leurs caractéristiques sont transposables dans le domaine civil. Les drones ouvrent des perspectives encore inexplorées dans la surveillance et la gestion de trafic routier et nous nous proposons de démontrer la faisabilité du projet.
Philippe Choy
ONERA DPRS
Résumé
Voici maintenant un an que la DGA (Délégation générale pour l'Armement) a annoncé le lancement du Concours international universitaire de drones miniatures, ouvert aux écoles d'ingénieurs et aux universités. L'organisation de ce concours a été confiée à l'Onera, qui a mené plusieurs actions au cours de la première année universitaire :
· réalisation du site internet dédié au concours sur http://concours-drones.onera.fr ;
· réception début mai 2003 des dossiers techniques de 20 équipes et première soutenance devant le jury du concours, mi-juin, pour attribution des 10 premières contributions financières de 40 k€.
Les organisateurs et le jury s'estiment très satisfaits du niveau technique et de l'ambition des projets présentés. De nombreuses formules aérodynamiques ont été proposées, et plusieurs voies de recherche innovantes seront suivies et expérimentées par les laboratoires impliqués dans cette compétition. Les organisateurs sont bien conscients des risques techniques pris par les participants, la mise au point de ces engins en désormais moins de 2 ans sera un défi pour toutes les équipes.
En février 2004 seront distribuées 9 nouvelles contributions de 40 k€. Ce concours reste ouvert à de nouveaux candidats, en particulier les universités et écoles étrangères.
Jean De Tregomain
Jean Pierre Planchat
SAFT
Résumé
Présentation de la technologie lithium rechargeable SAFT pour
des éléments de faible capacité. Présentation des performances des batteries
pour modélisme aéronautique. Développement en cours permettant d'obtenir des
éléments ayant une puissance massique de 1 Kw / Kg.