Contribution à la modélisation et à la commande de robots mobiles en présence de glissement : application au suivi de trajectoire pour les engins agricoles

La problematique de cette these reside dans le guidage automatique de robots mobiles evo- luant en milieu naturel Elle s attache plus particulierement au suivi de trajectoire pour les vehicules roulant sur des sols presentant une adherence faible avec comme cadre experimental privilegie l application au guidage d engins agricoles par GPS Dans de telles conditions l hy- pothese commune de roulement pur sans glissement ne peut s appliquer Les lois de commande reposant sur une telle hypothese conduisent ici a une perte de precision inacceptable au regard de l application privilegiee L objectif est alors de proposer des algorithmes de commande per- mettant de conserver la precision du suivi de la trajectoire pour le vehicule quelles que soient les conditions d adherence la configuration du terrain d evolution et la trajectoire de reference En premier lieu l obtention de modeles pertinents et exploitables est decrite Etant donne la complexite d extraction des parametres necessaires a une description dynamique du mouve- ment dans le cadre envisage (en particulier ceux lies a la description du contact roue/sol) les points de vue dynamique ont ete ecartes En contrepartie deux modeles alternatifs qualifies de "modeles cinematiques etendus" sont proposes Ceux-ci permettent de decrire de facon precise le comportement du vehicule - comprenant le phenomene de glissement - tout en reduisant a deux le nombre de parametres devant etre estimes en ligne En outre ces modeles preservent une description cinematique compatible avec des principes de commande bien maitrises Afin d exploiter ces modeles il est necessaire de proceder a l estimation en ligne des para- metres decrits precedemment Deux types d estimateur sont decrits dans ce memoire Le premier repose sur un calcul direct des proprietes d adherence (base sur la diference entre les sorties mesurees du processus et celles estimees par un modele negligeant les glissements) Le second principe repose sur la notion d observateur Afin d appliquer cette notion au systeme envisage la propriete de dualite entre commande et observation est exploitee pour construire un algorithme d observation robuste vis-a-vis des problemes lies au systeme de mesure En s appuyant sur ces modeles etendus deux types de commande adaptative sont construits une loi de commande adaptative a modele interne ainsi qu une loi de commande referencee observateur Celles-ci permettent de guider le vehicule avec une precision satisfaisante en regime permanent (conditions d adherence lentement variables) tout en tirant parti des principes non lineaires developpes dans le cas ou l hypothese de roulement sans glissement est acceptable Afin de conserver ce niveau de precision y compris durant les phases transitoires de courbure il est necessaire de prendre en compte les retards actionneurs et inertiels - non negligeables pour les types de vehicule consideres Une loi de commande predictive a modele a ete mise en place pour assurer l asservissement de courbure Utilisant un modele de l actionneur celle-ci permet d anticiper les virages et par consequent de limiter les depassements durant ces periodes L ensemble des schemas de commande proposes dans ce memoire a ete teste au travers d ex- perimentations reelles sur un vehicule agricole (tracteur) en partenariat avec le constructeur de machines agricoles CLAAS Il apparait alors qu avec le capteur utilise (GPS centimetrique) l erreur de suivi est equivalente a la valeur obtenue dans le cas ou l hypothese de roulement sans glissement est applicable (±15cm) conforme aux attentes de l agriculture en matiere d aide a la conduite.