Asservissement et Navigation Autonome d'un drone en environnement incertain par flot optique

This thesis deals with navigation of a VTOL Unmanned Aerial Vehicle in unknown or uncertain environment. The use of optical flow is bio-inspired. It provides information on velocity of the vehicle and proximity of obstacles. Two contributions are presented in this work. The first one addresses automatic landing on a static or mobile platform. The maneuver is split into two tasks : stabilization of the linear velocity above the target and vertical landing. The approach shows that regulation of the divergent optical flow around a constant set point enables a smooth landing without collision despite uncertainties on the vehicle and the platform dynamics. The second contribution concerns terrain following with obstacle avoidance. The general approach considered enables us to address different applications such as corner avoidance, steep terrain following, corridor following, etc. Stability analysis assesses robustness and limits of the controller in the presence of various uncertainties such as uncertainties on the geometry of the environment. All the algorithms are simulated and experimented on a quadrotor UAV built at the CEA LIST.Cette thèse porte sur la navigation sans collision d'un véhicule aérien à décollage et atterrissage vertical en environnement inconnu ou incertain. L'utilisation du flot optique, inspirée du monde animal, permet d'obtenir des informations sur la vitesse du véhicule et sur la proximité des obstacles. Deux contributions sont présentées dans ce travail. La première aborde l'atterrissage automatique sur une plateforme statique ou mobile. La manœuvre se décompose en deux tâches : la stabilisation de la vitesse au-dessus de la cible, puis l'atterrissage vertical. L'approche montre que la régulation du flot optique divergent autour d'une consigne constante permet un atterrissage en douceur et sans collision malgré les incertitudes sur la dynamique de la plateforme et du véhicule. La deuxième contribution concerne le suivi de terrain avec évitement d'obstacles. L'approche générale proposée permet d'aborder différentes applications telles que l'évitement d'obstacles frontaux, le suivi de terrain pentu, le suivi de couloir, etc. L'analyse de stabilité évalue la robustesse et les limites du contrôleur en présence de diverses incertitudes telles que les incertitudes sur la géométrie de l'environnement. L'ensemble des algorithmes de commande est simulé et expérimenté sur un mini-drone quadrirotor développé au CEA LIST