Modélisation et commande de robots mobiles à roues en présence de pseudo-glissements

摘要

Cette these dresse le probleme de la conduite automatique de vehicules a roues lorsque les pseudo-glissements engendres par l'elasticite des pneumatiques sont pris en compte. Elle comprend une etude theorique (modelisation et commande) de l'unicycle et de la voiture plus des experimentations sur la voiture electrique Atalante de l'I. N. R. I. A. La modelisation sous l’hypothese de pseudo-glissements a mis en evidence des proprietes dynamiques differentes de celles obtenues sous l’hypothese ideale de roulement pur sans glissement : la trajectoire de reference doit satisfaire la dynamique laterale de glissement du robot pour permettre un suivi asymptotique en position et orientation, les systemes perdent leurs proprietes de platitude. Nous avons propose deux lois de commande pour l'unicycle et deux pour la voiture : les premieres concernent le suivi de trajectoire et les secondes l'asservissement en vitesse. Pour l'unicycle : le premier retour d’etat, de type lq, donne des resultats locaux de convergence si la trajectoire de reference satisfait la dynamique laterale de glissement et presente des accelerations suffisamment faibles. Le deuxieme, de type haute frequence, fait converger le systeme vers un cycle limite autour de la trajectoire de reference a laquelle il n'impose pas de contraintes. Pour la voiture : la premiere loi de commande, de type Lyapunov, assure la convergence globale des vitesses vers celles de references. La seconde, bien que ne donnant que des resultats locaux de convergence, a l'avantage d’etre aisee d’implementation. Les experimentations sur le vehicule atalante ont permis de valider la deuxieme commande d'asservissement en vitesse. A cet effet, nous avons developpe un filtre de Kalman, qui fusionne les mesures des capteurs odometriques et inertiels, pour estimer les vitesses absolues du vehicule necessaires au retour d’etat, ainsi qu'un algorithme d'identification du coefficient de raideur laterale des pneumatiques