Contrôle non linéaire de robots sphériques non holonomes à des fins d’exploration spatiale

Résumé

Dans le cadre de la recherche scientifique et de l’exploration de l’inconnu, l’exploration spatiale se démarque comme l’un des domaines les plus captivants et cruciaux de notre époque. Elle fait appel à une gamme variée de véhicules spatiaux conçus pour des missions et des objectifs diversifiés. Parmi ces vehicules nous avons les rovers, des engins automatisés spécialement conçus pour se déplacer à la surface de planètes et de lunes. Des exemples notables de rovers incluent le rover Curiosity sur Mars et le rover Perseverance. Cependant, les rovers présentent des limitations intrinsèques, telles qu’une vitesse de déplacement très lente, des environnements hostiles susceptibles de réduire leur durée de vie, une capacité limitée à transporter des instruments scientifiques, ainsi que des terrains difficiles qui peuvent entraver leurs déplacements. Face à ces défis, les robots sphériques se présentent comme une alternative prometteuse pour l’exploration spatiale. Ils se distinguent par leur capacité à combiner la vitesse, la résistance aux collisions et l’efficacité, tout en nécessitant un nombre minimal d’actionneurs. Il existe plusieurs types de robots sphériques, chacun se distinguant par sa méthode d’actionnement. Dans le cadre de cette étude, nous nous concentrons sur les robots sphériques barycentriques (BSRs), qui se déplacent en ajustant leur centre de masse, en mettant particulièrement en lumière ARIES, un robot sphérique à 2 degrés de liberté spécialement conçu pour l’exploration de cavernes sur la lune. L’objectif de cette recherche réside dans la modélisation d’ARIES en utilisant la méthode de Lagrange, en adoptant trois approches distinctes : une approche simplifiée, supposant que les mouvements transversaux et longitudinaux sont indépendants, une approche complète, sans simplification aucune et une approche visant la réduction de la dynamique du système. Parallèlement, nous explorons le contrôle d’ARIES en utilisant le contrôle par mode glissant, tout en procédant à une validation par comparaison avec le contrôle par couple calculé. Nous comparons aussi le mécanisme d’ARIES à celui d’un pendule double qui est plus courant dans la littérature. Les résultats obtenus révèlent que le contrôle par mode glissant offre des performances remarquables pour des systèmes tels qu’ARIES. Parallèlement, ils mettent en évidence que la dynamique complète procure des performances supérieures comparé aux autres dynamiqes en terme de précision. Cette étude apporte une contribution significative à notre compréhension des robots sphériques, de leur modélisation à leur contrôle. Ces résultats sont appelés à guider le développement futur de robots sphériques et à éclairer les choix de conception et de contrôle dans un large éventail d’applications.

Date	16 nov. 2023
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	David St-Onge (Directeur(-trice)) & Maarouf Saad (Codirecteur(-trice))