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Fuzzy gain scheduled visual servoing for an unmanned helicopter
2005 (English)Doctoral thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en]

The overall objective of the Wallenberg Laboratory for Information Technology and Autonomous Systems (WITAS) at Linkoping University is the development of an intelligent command and control system, containing active-vision sensors, which supports the operation of an unmanned air vehicle (UAV). One of the UA V platforms of choice is the R5O unmanned helicopter, by Yamaha.

The present version of the UAV platform is augmented with a camera system. This is enough for performing missions like site mapping, terrain exploration, in which the helicopter motion can be rather slow. But in tracking missions, and obstacle avoidance scenarios, involving high-speed helicopter motion, robust performance for the visual-servoing scheme is desired. Robustness in this case is twofold: 1) w.r.t time delays introduced by the image processing; and 2) w.r.t disturbances, parameter uncertainties and unmodeled dynamics which reflect on the feature position in the image, and the camera pose.

With this goal in mind, we propose to explore the possibilities for the design of fuzzy controllers, achieving stability, robust and minimal-cost performance w.r.t time delays and unstructured uncertainties for image feature tracking, and test a control solution in both simulation and on real camera platforms. Common to both are model-based design by the use of nonlinear control approaches. The performance of these controllers is tested in simulation using the nonlinear geometric model of a pin-hole camera. Then we implement and test the reSUlting controller on the camera platform mounted on the UAV.

Abstract [fr]

Le Laboratoire Wallenberg pour la Technologie Informatique et les Systemes Autonomes (WITAS) de l'Universite de Linköping a pour objectif le developpement de systemes commandes intelligents munis de capteurs de vision active supportant le controle de vehicules aeriens autonomes (UA V). Une des plateformes interessantes pour cette etude est l'helicoptere echelle reduite R501R-Max construit par Yamaha.

La version actuelle de la plateforme volante autonome est munie d'un systeme de vision par camera. Cette configuration est consideree suffisante pour des missions d'extraction de plans de terrains it partir d'images, ou encore d'exploration et de reconnaissance de terrain; situations dans lesquelles la navigation de I'helicoptere ne necessite pas des vitesses extremes. Par contre, dans le cas de scenarii de poursuite ou de contournements d'obstac1es, necessitant des vitesses de reaction plus importantes, une robuste stabilite de l'asservissement visuel est requise. La robustesse dans ce cas ci doit etre verifiee it l'egard de deux aspects: 1) par rapport au delais temporels introduits par le processus de traitement de I 'image; et 2) par rapport aux incertitudes dues l'imperfection du mode le de la camera; relativement it l'estimation des parametres du systeme optique, aux perturbations et it I'imprecision dans la modelisation; ce qui a un impact direct sur la mesure de la position et/ou de la vitesse de I'objet pertinent dans I'image et donc, de I'orientation de la camera.

Ayant ce but en tete, on se propose d'explorer les solutions eventuelles pour la conception de lois de commande par asservissement visuel utilisant les methodes floues. Ainsi on pourra assurer via I'utilisation de methodes analytiques sous-jacentes la stabilite asymptotique et la robustesse it un cOllt minimum de l'asservissement par rapport la poursuite de I'objet dans I'image. On pourra de meme -grace it ces methodes- tester les lois de commande en simulation dans un premier temps, puis les implementer sur la plateforme visuelle reelle afin de confrrmer l'approche theorique. Le cheminement de cette etude se base sur une modelisation du systeme. Le modele propose est non lineaire et le developpement de I'asservissement est donc base sur les concepts de developpement de systemes de controle non lineaires. Les performances de ces asservissements sont verifiees sur le modele geometrique d'une camera en simulation, puis les lois de commande sont implementees et testees sur la plateforme visuelle embarquee dans I'helicoptere.

Place, publisher, year, pages
Linköping: Linköpings universitet, 2005. 148 p.
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 938
National Category
Computer Science
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-31790 (URN)17614 (Local ID)91-85297-76-3 (ISBN)oai:DiVA.org:liu-31790 (OAI)diva2:252613 (DiVA)
Public defence
2005-05-31, Visionen, hus B, Campus Valla, Linköpings universitet, Linköping, 10:15 (English)
Available from2009-10-09 Created:2009-10-09 Last updated:2012-12-19Bibliographically approved

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By author/editor
Kadmiry, Bourhane
By organisation
Department of Computer and Information ScienceThe Institute of Technology
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