APPLICATION DES SYSTEMES STRUCTURES A L’ETUDE DU

Marie-Therese

Informations

• Publié par: Irkoi
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• Langue: Français

Extrait

Sujet de Thèse

Micro-robot Volant Mimant l’Insecte

Responsable

:

Nicolas MARCHAND

Email :

[e-mail]

Tel : [phone]

Site web du LAG :

http://www.lag.ensieg.inpg.fr

Site web du responsable :

http://www.lag.ensieg.inpg.fr/marchand/

Co-encadrant :

Guylaine POULIN

Email :

[e-mail]

Tel : [phone]

Site web du co-encadrant :

http://www-leg.ensieg.inpg.fr/fiches/poulin.phtml

Financement :

demandé

obtenu :

MOTS-CLES :

Modélisation, Commande, Robotique biomimétique, actionneurs piézoélectriques

CADRE ET OBJECTIFS DU SUJET :

La thèse proposée porte sur le

développement de lois de commande pour l'actionnement des

ailes d'un robot volant biomimétique

.

1 – Contexte

La thèse se déroulera dans le contexte du projet ANR/ELESA OVMI qui a débuté début 2006 et

auquel participent l’IEMN (réalisation d’une structure en silicium comportant un corps et des ailes), le

SATIE (réalisation de la source d’énergie, également intégrée), le LAG/ LEG (conception du système

embarqué de commande) et l'ONERA (étude de l’aérodynamique, spécifique aux dimensions de

l’OVMI). Il fait suite à des travaux préliminaires menés séparément notamment par l’ONERA [1] et le

LAG/LEG sur la robotique biomimétique et son actionnement. L'

originalité de ce projet

porte sur 2

points :

- le choix d'

actionneurs piézoélectriques

: Il s'agit de composites constitués de fibres

piézoélectriques noyées dans une matrice souple en époxy (Fig. 1). Ces composites, commercialisés

par Smart Material Corporation [2] sous le nom de MFC (Macro Fiber Composite), sont en cours

d'étude au LEG. Lorsqu’ils fonctionnent en flexion, ils génèrent des déplacements bien plus élevés

(jusqu’au cm) qu’avec des céramiques PZT classiques (déplacements inférieurs au mm) [3].

Fig. 1: Composites à fibres piézoélectriques pour la reproduction du vol battu

- le choix des

ailes battantes

: la commande de ce type de drone est encore peu explorée [4], de

même que la réalisation d'un prototype fonctionnel. Plusieurs niveaux de commande sont nécessaires

pour aboutir au vol autonome du drone, comme le présente la figure 2. La spécificité des ailes

battantes et de l’actionneur choisi (par rapport aux drones de type avion ou hélicoptère) est d'autant

plus forte que l'on s'approche du niveau 1.

Laboratoire d’Automatique de Grenoble – ENSIEG – B.P. 46 – 38402 – Saint-Martin-d’Hères-Cedex

La

thèse

portera

sur

la

compréhension,

modélisation et la commande des actionneurs

piezoélectriques dont l’utilisation dans ce contexte

n’est pas classique avec pour objectif de réaliser le

contrôle

des

ailes

. Ce travail viendra en

complément de la thèse de Hala Rifaï portant sur

les contrôles d'attitude et de position (niveaux 2 et

3). Les ailes seront chacune actionnées par un ou

plusieurs MFC de manière dissymétrique.

2 : Contrôle d’attitude (assiette) φ θ ψ

3 : Contrôle de position x y z

4 : Suivi de trajectoire x(t) y(t) z(t)

5 : Planification de trajectoire

1 : Contrôle des ailes

Fig. 2: Drone à ailes battantes : niveaux de

commande successifs

2 – Objectifs de la thèse

-

élaborer des lois de commande pour le contrôle des ailes

: obtenir le mouvement souhaité à

l'aide d'un ou plusieurs actionneurs piézoélectriques commandés électriquement par une tension. Des

phases de simulation et d'expérimentation seront menées en complémentarité et guideront le

dimensionnement des actionneurs et le choix des capteurs. Un banc expérimental est en cours de

réalisation au LEG (Fig. 3). Il permettra la quantification de données physiques (portance, énergie,

etc.) et sera évolutif en fonction des résultats obtenus (par ex: ajout d'un amplificateur mécanique).

-

établir et identifier le modèle de l'ensemble {efforts dynamiques, ailes, actionneurs piézos,

alimentation électrique}

:

•

{actionneurs piézos, alimentation électrique}: 2 types de modèles (physique et

comportemental) seront envisagés. Etant donnée la plage de fonctionnement des actionneurs

(plusieurs centaines de volt, d'où des déplacements de 5 à 15mm), ceux-ci ont un

comportement fortement non linéaire.

•

{efforts dynamiques, ailes}: cette partie sera traitée en collaboration avec l’ONERA, déjà

partenaire dans le cadre du projet ANR.

•

L’objectif est d’avoir un modèle dans lequel les effets de premier ordre (portance, traînée) sont

assez rigoureusement modélisés alors que les effets de second ordre (turbulence, couplage)

sont reproduits à travers un ensemble de paramètres de haut niveau que l’on identifiera sur le

prototype.

Fig. 3: Banc de test en cours de fabrication au LEG.

3 – Profil du candidat recherché

Cette thèse requiert des compétences tant sur le plan théorique qu’expérimental. La

connaissance des matériaux piézoélectriques n’est pas nécessaire, mais des compétences solides en

automatique et en génie électrique sont indispensables. De bonnes compétences scientifiques

générales sont nécessaires à l’aboutissement de ce projet fortement pluridisciplinaire.

REFERENCES

(disponibles sur demande)

[1] Projet REMANTA, ONERA, web :

http://www.onera.fr/coupdezoom/06-microdrone-ailes-battantes.php

[2] Smart Materials Corporation,

http://www.smart-material.com/Smart-choice.php?from=Whatis

[3] Hagood N., Bent A., Development of Piezoelectric Fiber Composites for Structural Actuation, AIAA/ASME Structures,

Structural Dynamics and Materials Conference, La Jolla, CA, April 19-22, 1993.

[4] Schenato L., Campolo D., Sastry S., Controllability issues in flapping flight for biomimetic Micro Aerial Vehicles (MAVs), Proc.

of IEEE Internat. Conf. on Decision and Control, Maui, Hawaii, December 2003.

Laboratoire d’Automatique de Grenoble – ENSIEG – B.P. 46 – 38402 – Saint-Martin-d’Hères-Cedex