Modélisation et commande d’un manipulateur aérien pour l’agriculture de précision

Abstract

L’agriculture de précision fait face à des défis majeurs. Les drones (UAV) ont révolutionné la surveillance agricole, les approches passives par imagerie ne permettent pas l’interaction physique nécessaire aux diagnostics complexes. Cette thèse répond à ce défi en développant un système de manipulation aérienne interactif, composé d’un quadrirotor et d’un bras articulé à deux degrés de liberté. Le travail débute par la stabilisation de la base flottante (quadrirotor) seule. Une modélisation complète et une commande PID validée expérimentalement posent les bases du système. L’étude évolue ensuite vers une modélisation basées sur les quaternions et la synthèse d’un contrôleur robuste par Backstepping capable de compenser les perturbations induites par le mouvement du bras ou les perturbations externes et validée sur un benchmark. En parallèle, des méthodologies de planification de trajectoires et de cartographie viennent compléter les capacités du drone pour les applications agricoles classiques. La contribution majeure de cette thèse réside dans l’élaboration d’un modèle du manipulateur aérien, traitant le drone et son manipulateur comme un système unique fortement couplé. Pour garantir la précision de l’effecteur en vol, une méthode de cinématique inverse basée sur la programmation quadratique est développée afin de respecter les contraintes de la plateforme. Enfin, une stratégie de commande robuste par modes glissants (Super-Twisting) est déployée pour rejeter les incerti tudes de modélisation et les perturbations agissante sur le système. Validée sous Matlab/Simulink. Les perspectives de cette thèse incluent la validation expérimentale, l’extension à des manipulateurs multi-DDL ainsi que l’intégration de la vision par ordinateur. Ces avancées devraient contribuer à une agriculture plus durable, plus productive et plus intelligente.