Dissertations / Theses: 'Aerial drones'

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Elmagri, Loay Hatem Rajab. "Architecture and Drones: Accomodating Unmanned Aerial Vehicles." Thesis, Virginia Tech, 2019. http://hdl.handle.net/10919/87584.

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Abstract:

Through out history, technological advancements have reshaped the built environment and its Architecture. The cities that we live in today were only made possible by the technologies of the first, second, and third industrial revolutions. Today, we are witnessing another technological revolution based on open source data and artificial intelligence. As there is an enormous amount of prosperous innovations that would directly impact Architecture design tools, building and finishing materials, and construction methods, there are also other innovations that would require spaces, buildings, and cities to be designed to accommodate them. Among the latter mentioned innovations is the Unmanned Aerial Vehicle (UAV), also know as drones. Like the automobile, drone technology will influence not only the way we live but also our design thinking and the components of our built environment. Along with drone�s ability to fly, UAV�s digital infrastructure is much more flexible and most importantly, invisible. Autonomous Drones� intelligent abilities allow them to provide a wide range of services in various fields such as; freight and delivery, transportation, infrastructure and buildings maintenance, survey, surveillance, policing, fire fighting, agriculture, and even construction, all of which will effectively reduce the amount of ground vehicle traffic, especially in populated cities. Today, as these possibilities are available and constantly under development, it is important for Architecture and Urban Design disciplines to address the challenge and provide comprehensive solutions to accommodate such a technology and allow its possibilities to prosper even further. The intent of this thesis is to study UAV technology and design a mix-use complex that embraces and accommodates UAV services such as; delivery, transport, freight, and maintenance. The complex hosts a residential tower, a vertical garden tower, ground level commercial spaces, and an underground drone hub.
MArch

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Olsson, Sofia. "Drones in Arctic Environments: Development of Automatic Water Sampler for Aerial Drones." Thesis, KTH, Maskinkonstruktion (Inst.), 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-236506.

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Abstract:

The purpose of the thesis is to develop a water samplingsolution to use with an aerial drone for remote water sampling and to investigate the feasibility of the system. The actuating hypothesis is that using a drone for this application will have many benefits over the manual methods, for example to reach inhospitable areas, improve data gathering and offer a safer work situation for the researchers. The research method has been empirical and exploring, by rapidly develop prototypes based on a pre-study, test the full test system and draw conclusions regarding the feasibility of the application based on the tests. Through the pre-study of the current water sampling process through interviews and a survey, a general user case was created. It was studied with a mechatronic perspective to understand how the current water sampling process could be adjusted to function remotely with a drone. The main focuses when developing the water sampler was to design a product independent from the drone with full automatic function, and to maximize its water volume capacity while minimizing the weight of the sampler to manage the drones barload constraints of 1 kg. Through workshop activities and methods from TRIZ theory, several concepts were evaluated. The main idea was to integrate the laboratory bottle with the water sampler. Two physical prototypes were designed to test the function of the concepts and evaluate them against the Ruttner sampler. The first prototype, the Wheel, has a simple design, is lightweight and mechanic while the second prototype, the Combination, is more complex, heavier and uses a mechatronic system. The prototypes were evaluated through functional tests to investigate its design and suitability to be used with a drone for water sampling. The behavior of the full test system, consisting of the Wheel sampler and a drone, was observed and analyzed through drone data when gathering water samples. The thesis demonstrates through field tests that the system, consisting of drone and developed water sampler, succeeds in gathering water samples remotely. Through tests of the water samplers, the thesis also shows the benefits and disadvantages of their proposed design for water sampling.

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Homburg, Nick Jr. "Aerial eyewitness: A pilot study of drone use in journalism." Thesis, Kansas State University, 2017. http://hdl.handle.net/2097/35372.

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Abstract:

Master of Science
Department of Journalism and Mass Communications
Tom Hallaq
Unmanned Aerial Systems (UAS), or drones as they are commonly known, could allow journalists to report the news like never before. A drone is a tool with great potential, yet fraught with controversy as the result of its military past. In 2012, the Unmanned Aerial System had become domesticated and could have become the hottest new technology since the cell phone. The first unmanned systems came to service gathering intelligence and in the delivery of lethal and non-lethal payloads for the military. With the domestication of UAS technologies, not only have numerous commercial uses been revealed for the UAS, the drone has made it to the hands of the general public, raising concerns of how this technology is to be used. At the time of this thesis, in the United States, the only legal use of UAS was by hobbyists. Also, at the time of this thesis, the Federal Aviation Administration (FAA) had not provided comprehensive regulations or guidelines regarding the commercial use of UAS platforms (FAA, 2015). Of the many uses purposed for UAS platforms, one use of interest for journalists is the increased potential for newsgathering and surveillance. With UAS/drone technologies becoming increasingly more available, concerns are raised about safety, privacy, context, and the integrity of news source or (conflict of interest). The researcher interviewed working journalists from four major networks with stations located in states mandated as test sites by the FAA. The journalists were asked about their concerns pertaining to the ethical uses of drone for journalistic newsgathering. The interviews reveled that with proper training, regulations, and common sense the concerns about safety, privacy, context, and conflict of interest could be moderated.

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Babenko, A. "Are weareable drones our future?" Thesis, Sumy State University, 2015. http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/40481.

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Abstract:

Unmanned aerial vehicles (UAVS), also known as drones, are aircraft either controlled by 'pilots' from the ground or increasingly, autonomously following a pre-programmed mission. When people firstly hear about drones, they think only about the ability to take a selfie or reconnaissance and surveillance purposes, however, there are bigger things on the horizon for little flying machines.

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Nagori, Chinmay. "Unmanned Aerial Manipulators in Construction - Opportunities and Challenges." Thesis, Virginia Tech, 2020. http://hdl.handle.net/10919/101663.

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Abstract:

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have now been accepted as an alternative medium to human workers for data collection processes in various industries. The capabilities of UAVs are now being extended from passive tasks of data collection to active tasks of interacting with the environment by equipping them with robotic arms and function as Unmanned Aerial Manipulators (UAMs). Research on Unmanned Aerial Manipulators has been growing in the last few years. The applications of UAMs in terms of sensor installation, inspections, door opening, valve turning, pick and drop, etc. have been studied for the oil and gas industry, and civil applications, etc. However, there is a lack of studies in understanding applications of UAMs and their capabilities in construction and in advancing construction activities. The goal of this research is to identify potential opportunities and challenges of the application of UAM in construction projects. The study will undertake an extensive literature review and semi-structured interviews with industry experts to address research questions. This study will have a significant contribution to the introduction and development of new contact-based UAV-guided technologies in construction.
Master of Science
Drones or Unmanned Aerial Manipulators have been used in the construction industry to collect visual data in form of images, videos, or to map surveys, and visually inspect the structures. However, if equipped with a robotic arm, they attain the capability of touching and interacting with the environment to effectively function as an Unmanned Aerial Manipulator (UAM). UAMs have researched for various applications such as sensor installation, touch-based sensor inspections, door opening, and closing, and pick up and drop, etc. However, there is a lack of study for their opportunities and challenges in the construction industry. This research focuses on understanding the opportunities and challenges associated with the application of UAMs in the construction industry.

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Kirk, Tyler B. "Attack of the drones| Unmanned Aerial Vehicles and moral problems." Thesis, State University of New York at Albany, 2014. http://pqdtopen.proquest.com/#viewpdf?dispub=1555262.

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Abstract:

The frequency of use of Unmanned Aerial Vehicles for combat by the United States has increased dramatically in recent years. Since this technology has comprised a significant portion of American counter-terror operations abroad and there are virtually no signs of this practice slowing or ceasing in the foreseeable future, it is necessary to closely examine the ethical implications of remote-control warfare. At first glance, arguments supporting the use of "drones" seem robust and sensible: in theory, they save American military lives. But upon further investigation, the use of drones in practice actually creates morally murky, problematic situations that could lead to great transgression of the laws of a just war. I argue that for all its apparent benefits, drone use thrusts modern warfare at large into an ethically unprecedented arena of vast asymmetry between opposing forces and what this means for the authorized use of force in wartime.

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Ursulian, Alexander-Albert, and Олександр-Альберт Ігорович Урсулян. "Last mile delivery by drones." Thesis, National Aviation University, 2021. https://er.nau.edu.ua/handle/NAU/50554.

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Abstract:

1. Organization for economic co-operation and development (OECD), Delivering The Goods: 21st Century Challenges to Urban Goods Transport, 2003, p. 7-17, Available at: https://www.itf-oecd.org/sites/default/files/docs/03deliveringgoods.pdf 2. Hassanalian, M., & Abdelkefi, A. (2017). Classifications, applications, and design challenges of drones: A review. Progress in Aerospace Science, p. 91. Available at: https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2017.04.003 3. Goodchild, A., & Toy, J. (2017). Delivery by drone: An evaluation of unmanned aerial vehicle technology in reducing CO2emissions in the delivery service industry. Transportation Research Part D: Transport and Environment, p. 61. Available at: https://doi.org/10.1016/ j.trd.2017.02.017. 4. Singireddy, R. S. R., & Daim, T. U. (2018). Technology Roadmap : Drone Delivery – Amazon Prime Air. In T. Daim & C. L. EJ (Eds.), Infrastructure and Technology Management. Innovation, Technology, and Knowledge Management (pp. 387–412).
Transportation is one of the core foundations of global economies, consisting of a variety of individual networks and their interconnections that are designed to meet people's and goods' mobility needs. Transportation systems are made up of a large number of physical and organizational components and are characterized by a high level of inherent complexity that’s why very often organization infrastructure and logistics of a city can’t always keep up with increased consumer demand. One option of solution would be to use ecologic and effective drones for urban deliveries.
Транспорт є однією з основних основ світової економіки, що складається з різноманітних окремих мереж та їх взаємозв’язків, призначених для задоволення потреб у мобільності людей та товарів. Транспортні системи складаються з великої кількості фізичних та організаційних компонентів і характеризуються високим рівнем властивої їм складності, тому дуже часто організаційна інфраструктура та логістика міста не завжди можуть встигати за зростанням споживчого попиту. Одним із варіантів рішення було б використовувати екологічні та ефективні безпілотники для міських перевезень.

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Howard, Stephen P. "Special Operations Forces and Unmanned Aerial Vehicles Sooner or Later? /." Maxwell AFB, Ala. : Air University Research Coordinator Office, 1998. http://www.au.af.mil/au/database/research/ay1995/saas/howardsp.htm.

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Abstract:

Thesis (M.M.A.S.)--School of Advanced Airpower Studies, 1995.
Subject: An analysis of whether Special Operations Forces should use Unmanned Aerial Vehicles to support intelligence, surveillance, reconnaissance, communications and re-supply capability deficiencies. Cover page date: June 1995. Vita. Includes bibliographical references.

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Sharma, Aman. "System Identification of a Micro Aerial Vehicle." Thesis, Luleå tekniska universitet, Rymdteknik, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ltu:diva-73070.

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Abstract:

The purpose of this thesis was to implement an Model Predictive Control based system identification method on a micro-aerial vehicle (DJI Matrice 100) as outlined in a study performed by ETH Zurich. Through limited test flights, data was obtained that allowed for the generation of first and second order system models. The first order models were robust, but the second order model fell short due to the fact that the data used for the model was not sufficient.

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Abdallah, Rana. "Reliability approaches in networked systems : Application on Unmanned Aerial Vehicles." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA008/document.

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Abstract:

Les véhicules aériens sans pilote (UAVs), utilisés et développés pour la première fois dans le domaine militaire, ont connu de profonds changements ces dernières années et sont de plus en plus utilisés dans le domaine civil. Etant plus connus sous le nom des drones, ils sont le plus souvent utilisés dans les domaines civiles et militaires. Ils sont employés pour : la lutte contre les incendies, le sauvetage ainsi que dans des applications spécifiques comme la surveillance et l’attaque. Le vol en formation est de loin le plus utilisé car il permet une répartition judicieuse des tâches et améliore grandement l’efficacité des drones (principe de l’attaque en meute, des animaux carnassiers). Cela pose alors la problématique de la coordination et de la stratégie, ainsi que du type de fonctionnement (maitre/esclave,…).Le type et la qualité d’informations optimums restent aussi à définir.L'utilisation accrue de ces systèmes coopératifs dans des environnements dangereux rend leur fiabilité essentielle pour prévenir tout événement catastrophique. Une performance globale de la flotte des drones doit être garantie, malgré une possible dégradation des composants ou de toute modification du réseau et de l'environnement. Il est nécessaire de détecter les comportements anormaux pouvant contribuer aux collisions et ainsi affecter la mission. Compte tenu des performances et du coût, les systèmes à tolérance de pannes et à redondance ne représentent pas toujours la solution la plus efficace pour ce type de vol de flotte en formation. Différentes méthodes telles que l'analyse par arbre de défaillance (ADD), l'analyse des modes de défaillance, de leurs effets et de leurs criticités (AMDEC) ont été utilisées dans le monde des hélicoptères.Dans une première partie, une méthode statique basée sur l’ADD est proposée, pour assurer la fiabilité de la communication entre les drones d’un côté et entre les drones et la station de base de l’autre côté en accentuant l’échange de flux d’informations. Nous utilisons des arbres de défaillance pour représenter les différentes conditions d’erreur de ce système complexe.Dans une deuxième partie, nous analysons les différents états de défaillance des communications et leurs probabilités. Ce processus étant stochastique, une approche par chaîne de Markov absorbante est développée. L’approche proposée peut être utilisée pour trouver les scenarios les plus risqués et les éléments à prendre en compte pour améliorer la fiabilité.Enfin, dans une troisième partie, nous étudions le problème de réception des messages d’un drone en proposant un protocole basé sur le nombre de retransmissions. La réception est assurée avec une certaine probabilité de fiabilité, en fonction de plusieurs attributs tels que la modulation, le taux d’erreur des bits (BER) caractérisant les drones
Unmanned aerial vehicles, used and developed initially in the military field, have experienced profound changes in recent years and are increasingly used in the civilian field. Recognized as drones, they are most often used in the civil and military domains. They are used for firefighting, rescue as well as in specific applications such as surveillance and attack. The formation flight is the most used because it allows a judicious distribution of the tasks and greatly improves the efficiency of the drones (principle of the attack in pack, carnivorous animals). This will raise the issue of coordination and strategy, as well as the type of operation (master /slave, ...). The type and quality of optimal information also remain to be defined.The increased use of these cooperative systems in hazardous environments makes their reliability essential to prevent any catastrophic event. Overall performance of the drone fleet should be ensured, despite possible degradation of components or any changes that occur to the network and the environment. It is necessary to detect the anomalous behaviors that might contribute to collisions and thus affect the mission. Taking into consideration performance and cost, the fault-tolerant system and redundant systems are not always the most efficient solution for the formation fleet flight. Different methods like the fault tree analysis (FTA), Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) have been used in the helicopter field.In the first part, we propose a static method based on FTA, to ensure a successful communication between the drones from one side, and between the drones and the ground station from the other side by emphasizing on the exchange of information flows. It uses various fault trees to represent the different error conditions of this complex system.In the second part, we analyze the different fault states and their probabilities. As this process is stochastic, an absorbing Markov chain approach is developed. The proposed approach can be used to find the most risky scenarios and considerations for improving reliability.Finally, in the third part, we put the emphasis on the message receipt problem in a drone’s communication network by proposing a protocol based on number of retransmissions. The reception of a message is provided with a certain probability of reliability depending on several attributes such as modulation and bit error rate (BER) characterizing the UAVs

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Gobin, Bradley Scott. "Quantitative Approach and Departure Risk Assessment for Unmanned Aerial Systems." Thesis, Virginia Tech, 2020. http://hdl.handle.net/10919/100707.

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Abstract:

The usage of unmanned aerial systems (UAS), also called drones, has grown at an increasing rate, with expectations of the number of unmanned aircraft (UA) to triple between 2019 and 2023 as commercial and government usage of UAS increases as per the Federal Aviation Administration. As the usage of UA increases, the probability of a UA crash resulting in injuries of 3rd parties on the ground also increases. The goal of this research was to create a method and software tool that gives the user an accurate representation of the risk to 3rd parties on the ground associated with a given flight plan. The main area of focus was on large rotorcraft and fixed-wing aircraft that are used by the military and that have the potential to do large amounts of damage if a crash were to occur. How unique types of failures affect the ground area at risk and the UA crash characteristics and how these characteristics affect population on the ground were all considered. With this information, a probability of fatality value is calculated, which helps the user determine if the mission risk is acceptable. The ability to optimize this flight path to find the lowest risk flight path is also possible, based upon user specifications.
Master of Science
Understanding the likelihood of an undesired event occurring is vital for the use of any system in the real world. This is especially true in the case of aircraft, were an undesired event can likely cause loss of life. A new area of aircraft that require additional insight into the failure characteristics are unmanned aerial systems, often referred to as drones. Drones do not have a pilot inside the aircraft, who could correct for any failures that might occur. Due to this potential inability to correct for a failure, a method must be developed to gain a better understanding of the potential failures and risks involved in drone operations. The method developed during this work was turned into a software tool, which allows a mission for a drone to be mapped out and the risk to be determined. Due to the drones being unmanned the risk is taken as the expected number of fatalities to the 3rd party individuals on the ground. This expected number of fatalities is determined by the population density of the area the flight is occurring over, and the crash characteristics for the aircraft. These methods and accompanying assumptions are outlined in the body of this work.

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Ersson, Lisbet, and Emma Olsson. "Drones to the Rescue : A literary study of Unmanned Aerial Systems within healthcare." Thesis, Uppsala universitet, Kulturgeografiska institutionen, 2020. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-425866.

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Abstract:

This thesis addresses the subject of drone deliveries within healthcare to examine whether unmanned aerial vehicles can contribute with increased accessibility to medical supply. An overview of the advancements made in the field since its introduction in health care, is first presented in the report. Through a literary review on the subject, dimensions have been identified as significant for determining the possibly increased accessibility to medical equipment that the unmanned aerial system provides, and thus the utility of the system. This thesis further evaluates the system out of an accessibility perspective, which aims to meet theoretical criteria established by previous researchers in the accessibility field, and thereby adopt a holistic approach to the subject. It is concluded that the dimensions are dependent on characteristics of the geographical location and should be considered when discussing drones in medicine. However, knowledge and evaluations are lacking from regions that have implemented such a system, which contributes to uncertainties for how drone deliveries work in practice.

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Gustafsson, Hanna, and Lea Zuna. "Unmanned Aerial Vehicles for Geographic Data Capture: A Review." Thesis, KTH, Geodesi och satellitpositionering, 2017. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-210039.

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Abstract:

In GIS-projects the data capture is one of the most time consuming processes. Both how to collect the data and the quality of the collected data is of high importance. Common methods for data capture are GPS, LiDAR, Total Station and Aerial Photogrammetry. Unmanned Aerial Vehicles, UAVs, have become more common in recent years and the number of applications continues to increase. As the technique develops there are more ways that UAV technique can be used for collection of geographic data. One of these techniques is the UAV photogrammetry that entails using an UAV equipped with a camera combined with photogrammetric software in order to create three dimensional models and orthophotos of the ground surface. This thesis contains a comparison between different geographic data capture methods such as terrestrial and aerial methods as well as UAV photogrammetry. The aim is to investigate how UAVs are used to collect geographic data today as well how the techniques involving UAVs can replace or be used as a complement to traditional methods. This study is based on a literature study and interviews. The literature study aims to give a deeper insight in where and how UAVs are used today for geographic data capturing with focus on three main areas: environmental monitoring, urban environment and infrastructure, and natural resources. Regarding the interviews companies and other participants using UAVs for geographic data collection in Sweden have been interviewed to get an accurate overview of the current status regarding the use of UAVs in Sweden. Advantages, disadvantages, limitations, economical aspects, accuracy and possible future use or development are considered as well as different areas of applications. The study is done in collaboration with the geographic IT company Digpro Solutions AB. The goal is to be able to present suggestions of how UAV data can be applied in Digpros applications. Information from the literature study and the interviews show that using a UAV makes it possible to cover a large range between terrestrial and aerial methods, and that it can replace or complement other methods for surveying and data collection. The use gives the possibility to get close to the object without being settle to the ground, as well as work environment profits since dangerous, difficult areas can be accessed from distance. The data can be collected faster, quicker, cheaper and more frequent. Time savings occurs in the measurement stage but compared to terrestrial methods more time is required for the post-processing of the data. The use in Sweden is limited due to difficulties linked to Swedish legislation regarding camera surveillance, as well as long waiting times for the permissions that is required to fly. However, a change in the camera surveillance law is expected which means that UAVs will be excluded from the law. That may result in great benefits for everyone within the industry as well as a continued development of the technique and the use of UAVs.
Inom GIS ar datainsamling en av de mest tidskrävande processerna. Både hur data samlas in samt kvaliteten ar av hög vikt. Några av de vanligaste metoderna för datainsamling idag är GPS, LiDAR, totalstation och fotogrammetri. Obemannade flygfarkoster, UAVs, har de senaste åren blivit allt vanligare och användningsområdena fortsätter att öka. I takt med att tekniken hela tiden utvecklas finns idag flertalet satt att med hjälp av UAVs samla in geografisk data. Med kamerautrustade obemannade flygfarkoster och fotogrammetriska programvaror ar det bland annat möjligt att skapa tredimensionella modeller samt ortofoton av markytan. Detta kandidatexamensarbete innehaller en jämförelse mellan terrestra- samt flygburna metoder för datainsamling och obemannade flygburna metoder. Syftet är att undersöka hur UAVs kan anvandas för att samla in geografisk data samt möjligheten att ersätta eller komplettera existerande metoder, samt att presentera en overgripande bild av UAVs anvandningsomåden. Denna studie bygger pa en litteraturstudie samt intervjuer. Litteraturstudien syftar till en djupare inblick i anvandningsområden för UAV tekniken med fokus på tre huvudområden: miljöövervakning, urbana miljöer och infrastruktur samt naturliga resurser. Under intervjuerna intervjuades företag och andra aktörer inom branschen med syftet att göra en nulägesanalys av hur UAVs används för insamling av geografisk data i Sverige. Det insamlade materialet analyserades med avseende pa användningsområden, för- och nackdelar, hinder, kostnader, noggrannhet samt möjlig framtida användning och utveckling av tekniken. Studien är gjord i samarbete med företaget Digpro Solutions AB som är verksamma inom geografisk IT. Målet är att efter studien kunna ge förslag på hur data insamlad med UAV kan appliceras på Digpros applikationer. Information fran intervjuerna och litteraturen har visat att UAV täcker ett stort spann mellan terrestra- och flygburna metoder, och att den kan ersätta eller utgöra ett komplement till många mät- och datainsamlingsmetoder. Användningen av UAVs innebär möjlighet till att samla in data på ett nära avstånd till objekt utan att vara bunden till marken. Den medför även arbetsmiljövinster då farliga, svårtillgängliga områden kan nås från avstånd. Data kan samlas in snabbare, enklare, billigare och mer frekvent. Tisdbesparingar sker i inmätningsskedet men jämfört med terrestra mätmetoder krävs dock mer tid för efterbearbetning av mätdatat. Användningen i Sverige begränsas av svårigheter kopplade till Svensk lagstiftning gällande kameraövervakning, samt långa väntetider på de tillstånd som kravs för att få flyga. Dock väntas en ändring i kameraövervakningslagen som innebär att drönare inte innefattas i lagen. Detta kan komma att medföra stora fördelar för samtliga inom branschen samt en fortsatt utveckling av tekniken samt användningen av UAVs.

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Carvalho, António Jorge Dinis da Silva de. "Wireless power transmission for drones." Master's thesis, Universidade de Aveiro, 2014. http://hdl.handle.net/10773/14553.

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Abstract:

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações
Drones are unmanned aerial vehicles that have proliferated the market due to their low cost and the many applications that can already be associated to them. Besides the common use of these devices for playful activities, as aerial event recording, they demonstrate an enormous potential in other applications, such as military, as search and rescue or reconnaissance missions, or commercial, for example: surveillance and inspection of crops. However, most commercial devices currently available suffer from a major drawback in terms of their dependence of batteries which, in consequence of the large energy demand supplied to the drone's engines, quickly discharge. In addition, the weight of these batteries typically implies that more power is needed to keep the drone flying. This drawback can be overcome, or attenuated, using dedicated wireless power transmission systems that enable the devices to maintain flight without the need of batteries or simply charging them while in use. Throughout this dissertation a microwave wireless power transmission system working at 5.8 GHz will be described in detail, with emphasis on the design of the microstrip antenna array developed to allow directive transmission and the rectenna proposed for reception and power conversion. The proposed system allows the used quadcopter to boot and link with its remote control and demonstrates the potential to be adapted for other purposes.
Drone é a designação normalmente atribuída a veículos aéreos não tripulados que se têm proliferado no mercado devido ao seu baixo custo e inúmeras aplicações. Além do seu uso em actividades lúdicas, como o já comum registo aéreo de eventos, demonstram um enorme potencial noutras aplicações, tanto militares, missões de busca e salvamento e reconhecimento de terreno, como comerciais, sendo exemplo a vigilância e inspecção de campos de colheita. No entanto, maioria dos dispositivos comerciais actualmente disponíveis padecem de uma grande limitação no que toca à sua dependência de baterias que, de modo a alimentar os motores do drone, rapidamente se descarregam. Além disso, o peso que estas baterias implicam levam a que seja necessária uma maior potência para que o drone se mantenha a voar. Estes problemas podem ser contornados, ou atenuados, recorrendo a sistemas de transmissão dedicada de energia electromagnética que possibilitem aos dispositivos manter vôo sem recurso a baterias ou carregando-as quando em uso. Ao longo desta dissertação será descrito em detalhe um sistema de transferência de energia sem fios projectado para trabalhar à frequência de 5.8 GHz, dando ênfase ao desenho de um agregado de antenas microstrip, desenvolvido para possibilitar uma transmissão directiva, e a rectenna proposta para recepção da energia electromagnética e sua conversão em corrente contínua. O sistema proposto possibilita ao quadricóptero ter energia suficiente para se conseguir ligar e estabelecer comunicação com o seu controlo remoto sendo que a arquitectura proposta demonstra potencial para ser adaptada em futuras abordagens.

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Srinivasan, K. Venkatesh. "Implementation of an Unmanned Aerial Vehicle for New Generation Peterbilt Trucks." Thesis, University of North Texas, 2016. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc849706/.

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Abstract:

As science and technology continue to advance, innovative developments in transportation can enhance product safety and security for the benefit and welfare of society. The federal government requires every commercial truck to be inspected before each trip. This pre-trip inspection ensures the safe mechanical condition of each vehicle before it is used. An Unmanned Aerial Vehicle (UAV) could be used to provide an automated inspection, thus reducing driver workload, inspection costs and time while increasing inspection accuracy. This thesis develops a primary component of the algorithm that is required to implement UAV pre-trip inspections for commercial trucks using an android-based application. Specifically, this thesis provides foundational work of providing stable height control in an outdoor environment using a laser sensor and an android flight control application that includes take-off, landing, throttle control, and real-time video transmission. The height algorithm developed is the core of this thesis project. Phantom 2 Vision+ uses a pressure sensor to calculate the altitude of the drone for height stabilization. However, these altitude readings do not provide the precision required for this project. Rather, the goal of autonomously controlling height with great precision necessitated the use of a laser rangefinder sensor in the development of the height control algorithm. Another major contribution from this thesis research is to extend the limited capabilities of the DJI software development kit in order to provide more sophisticated control goals without modifying the drone dynamics. The results of this project are also directly applicable to a number of additional uses of drones in the transportation industry.

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Bouzid, Yasser. "Guidance and control system for autonomous aerial vehicles navigation." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLE014.

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Abstract:

Cette thèse traite du guidage et du pilotage de véhicules aériens qui peuvent assurer des missions dans des lieux particulièrement hostiles, dangereux ou inaccessibles avec des véhicules conventionnels. Nous sommes tout d'abord motivés par le scénario de couverture, qui est généralement un processus long pouvant utiliser un grand nombre de personnes et d'équipements. Or, la nature de la couverture nécessite un véhicule aérien avec des capacités de vol stationnaire. Pour cela, nous nous intéressons alors aux multirotors, qui sont considérés comme une bonne étude de cas pour concevoir, analyser et mettre en œuvre des stratégies de contrôle de vol.En réalité, de nombreux défis sont encore ouverts pour ce qui concerne le scénario de couverture comme la faisabilité, l’optimalité en visitant tous les points d’intérêts. De plus, un système de contrôle robuste est indispensable pour contrer des effets néfastes tel le vent. Par ailleurs, la conception d'un algorithme de contrôle répondant à certaines exigences (structure simple, précision, énergie minimale consommée) constitue un défi supplémentaire. Ensuite, notre travail introduit un modèle mathématique générique pour les multi-rotors en considérant l’effet du vent.Dans la première partie du manuscrit, nous proposons des planificateurs en utilisant comme base l'algorithme RRT* (optimal Rapidly-exploring Random Tree). En fait, dans les grands espaces, un grand nombre de nœuds est généré augmentant alors le temps de calcul et la mémoire consommée. Pour y remédier, une procédure de suppression est impliquée pendant le processus « ReWire » pour les réduire. De plus, un planificateur multidirectionnel qui renvoie un ensemble de chemins optimaux à partir d'un point de départ et d'un ensemble de points objectifs est proposé. Notre travail introduit également une stratégie CPP (Coverage path-planning) optimale dans un espace contraint. Celle-ci consiste à procéder par un algorithme en deux phases. Dans la première, un planificateur multidirectionnel est utilisé pour définir les chemins les plus courts de chaque point à ses voisins. Dans la seconde phase, au moyen des coûts entre les points, le chemin global le plus court est obtenu en résolvant un problème de voyageur en utilisant des algorithmes génétiques. Puis, compte tenu de l'énergie embarquée limitée, un problème de routage est adapté et est résolu par la méthode de savings. Dans une seconde partie, nous nous sommes penchés sur la conception d'un système de pilotage efficace permettant au véhicule de suivre une trajectoire paramétrée dans le temps. D’une part nous proposons une extension de la commande par modèle interne au non-linéaire (NLIMC). Notre technique repose sur l’utilisation du principe de base IMC pour synthétiser un contrôleur non linéaire qui fait intervenir la propriété de platitude. D’autre part, nous proposons une autre forme de contrôleur dont la structure apparente est un PID mais dans lequel est incorporée la technique des modes glissants que l'on appellera aussi PID non linéaire bien qu’il diffère de l’existant. Cette combinaison a l’avantage de conduire à un bon niveau de robustesse fourni par les modes glissants et en même temps à un bon comportement spécifié par la structure PID. En outre, en guise de complément, nous proposons deux contrôleurs redondants basés sur deux principes distincts afin de booster et d’améliorer les capacités de tout contrôleur. Le premier est basé sur l’approche MFC (Model-Free Control) tandis que le second est basé sur les modes glissants dynamiques DSMC (Dynamic Sliding Mode Controller). Enfin, pour montrer les performances de ces contrôleurs, nous avons effectué une série de tests avec plusieurs illustrations et scénarios, nous avons dressé un tableau de comparaison avec les approches conventionnelles. Les résultats issus des simulations numériques et ceux des tests expérimentaux réalisés sur un drone quadrotor se sont avérés cohérents et semblent bien prometteurs
This thesis deals with the guidance and control of aerial vehicles, which can also ensure missions in hostile, dangerous environments, or inaccessible workspaces with conventional vehicles. First, we are motivated by the coverage scenario, which is in general a long process, requiring a large number of individuals and specific equipment. However, the nature of sensing coverage requires an aerial vehicle with hovering capabilities. For this purpose, we are interested in multirotors that are considered as a good case study to design, analyze and implement flight control strategies.As matter of fact, many challenges are still open with respect to the coverage scenario such as for instance the feasibility and the optimality when passing through the Points of Interest. In addition, a robust control system is essential to mitigate the adverse effects such as the wind. Moreover, designing a control algorithm, which meet some requirements (simplicity, accuracy, consumed energy, etc.) constitutes a complementary challenge. Then, our work introduces a generic mathematical model for multirotors flying under the effect of wind.In a first part, we propose planners using as a basis the optimal Rapidly-exploring Random Tree (RRT*) algorithm. In fact, in large workspaces, a large number of nodes is generated and then increasing the computation time and the consumed memory. To counter these latter, a removal procedure is involved during the rewiring process. In addition, a multidirectional planner that returns a set of optimal paths from a starting point and a set of objective points is proposed. Our work also introduces an optimal Coverage path-planning (CPP) strategy in a constrained workspace. This one proceeds through a two-phases algorithm. In the first one, a Connected Multi-directional planner is used to define the shortest paths from each point to its neighbors. In the second phase, by means of the pair-wise costs between points, the overall shortest path is obtained by solving a Traveling Salesman Problem using Genetic Algorithms. Then, taking into account the limited on-board energy, a Capacitated-Vehicle Routing Problem is adapted and solved by the savings approach.In a second part, we study the design of an effective control system allowing the vehicle to track a trajectory parameterized in time. On the one hand, we propose an extension to nonlinear systems of the Internal Model Control (NLIMC). Our technique is based on the use of the basic IMC principle to synthesize a nonlinear controller that involves the property of flatness. On the other hand, we propose another form of controller whose apparent structure is a PID but in which the technique of sliding modes is incorporated that will also call the nonlinear PID (NLPID). This combination has the advantage to lead to a good level of robustness provided by the sliding modes and at the same time to a good behavior specified by the PID structure. Besides, as a complement, we present two redundant controllers based on two distinct principles in order to boost and to improve the capabilities of any controller. The first one is based on the Model-Free Control (MFC) approach while the second one is based on Dynamic Sliding Mode Controller (DSMC).Finally, to highlight the performance of these controllers, we have performed a series of tests with several illustrations and scenarios and we have drawn up a comparison table with conventional approaches. The results of both the numerical simulations and the experimentation that are performed on a quadrotor are consistent and seem to be quite promising

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Warren, Michael David. "Long-range stereo visual odometry for unmanned aerial vehicles." Thesis, Queensland University of Technology, 2015. https://eprints.qut.edu.au/80107/1/Michael_Warren_Thesis.pdf.

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Abstract:

This thesis explored the utility of long-range stereo visual odometry for application on Unmanned Aerial Vehicles. Novel parameterisations and initialisation routines were developed for the long-range case of stereo visual odometry and new optimisation techniques were implemented to improve the robustness of visual odometry in this difficult scenario. In doing so, the applications of stereo visual odometry were expanded and shown to perform adequately in situations that were previously unworkable.

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Ma, Xiaoyan. "Data collection of mobile sensor networks by drones." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19492/1/MA_Xiaoyan.pdf.

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Abstract:

Data collection by autonomous mobile sensor arrays can be coupled with the use of drones which provide a low-cost, easily deployable backhauling solution. These means of collection can be used to organize temporary events (sporting or cultural) or to carry out operations in difficult or hostile terrain. The aim of this thesis is to propose effective solutions for communication between both mobile sensors on the ground and on the edge-to-ground link. For this purpose, we are interested in scheduling communications, routing and access control on the sensor / drone link, the mobile collector. We propose an architecture that meets the constraints of the network. The main ones are the intermittence of the links and therefore the lack of connectivity for which solutions adapted to the networks tolerant to the deadlines are adopted. Given the limited opportunities for communication with the drone and the significant variation in the physical data rate, we proposed scheduling solutions that take account of both the contact time and the physical flow rate. Opportunistic routing is also based on these two criteria both for the selection of relay nodes and for the management of queues. We wanted to limit the overhead and propose efficient and fair solutions between mobile sensors on the ground. The proposed solutions have proved superior to conventional scheduling and routing solutions. Finally, we proposed a method of access combining a random access with contention as well as an access with reservation taking into account the aforementioned criteria. This flexible solution allows a network of dense mobile sensors to get closer to the performance obtained in an oracle mode. The proposed solutions can be implemented and applied in different application contexts for which the ground nodes are mobile or easily adapted to the case where the nodes are static.

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ioannidis, ioannis. "Unmanned Aerial Vehicles and remote sensing in search and rescue missions in Sweden." Thesis, KTH, Fastigheter och byggande, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-266775.

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Abstract:

This paper gives a thοrοugh lοοk in the use οf Unmanned Aerial Vehicles (UAV) in search and rescue missiοns. The οbjective is tο identify, thrοugh a literature review, all types οf UAV, the available remοte sensοrs that can be mοunted in a UAV and what type οf data each sensοr prοvides, the methοdοlοgy οn flight planning and what is the regulatοry framewοrk, guidelines and limitatiοns, οf UAV flight in sοme οf the biggest cοuntries wοrldwide and in specific fοr the Eurοpean Uniοn and Sweden. Alsο, a brief research in the field οf machine learning was dοne in οrder tο identify the pοssibilities given in use οf οbject recοgnitiοn and avοidance techniques. In the case οf Sweden, we have alsο identified the framewοrk fοr the Search and Rescue οperatiοns accοrding tο the “Civil Prοtectiοn Act. Gοvernment Bill 2002/03:119. Refοrmed rescue services legislatiοn”, in whοse hands falls the respοnsibility tο use and implement UAVs in such type οf missiοns. The main οbjectives fοr future develοpment are the full autοnοmy οf a UAV, the energy limitatiοns in the οperatiοnal phase, the fast prοcessing οf data οnbοard and the acquisitiοn οf the data thrοugh cοmmunicatiοn links withοut the need οf a physical cοnnectiοn between the UAV and the grοund cοntrοl statiοn (GCS). Accοrding tο οur research the οptimal cοnfiguratiοn οf UAVs in a search and rescue scenariο is a fleet οf fully autοnοmοus heterοgeneοus UAVs (fixed-wing UAVs and quadcοpters) with sοlar panels attached tο the fixed-wing UAVs, a high-resοlutiοn camera, a thermal camera and a Synthetic Aperture Radar (SAR). As the field οf UAVs is vastly grοwing the research οn the subject was cοnducted until April 1st, 2018 due tο new papers and research cοnducted in the subject regularly.

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Dahlman, Elsa, and Karin Lagrelius. "A Game of Drones : Cyber Security in UAVs." Thesis, KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-259295.

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Abstract:

As Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are getting more popular and their area of use is expanding rapidly, the security aspect becomes important to investigate. This thesis is a systematic literature review that examines which type of cyber attacks are most common among attacks directed at civilian use UAVs and what consequences they bring. All cyber attacks presented in the report are categorized using the STRIDE threat model, which risk they pose and what equipment is required for the adversary to follow through with the attack. The findings are that Spoofing and Denial of Service attacks are the most common cyber attack types against UAVs and that hijacking and crashing are the most common results of the attacks. No equipment that is difficult to access is required for either of the attack types in most cases, making the result an indicator that the security state for civilian use UAVs today needs improving.
Obemannade luftburna farkoster (OLF) blir mer vanliga allteftersom deras användningsområde utökas, vilket innebär att cybersäkerhetsaspekten behöver studeras. Detta arbete är en systematisk litteraturstudie som undersöker vilka typer av cyberattacker riktade mot drönare som är vanligast och vilka risker de medför. Attackerna i rapporten är kategoriserade med hjälp av metoden STRIDE samt efter vilka mål attackerna haft och vilken utrustning som krävs. Resultatet är att Spoofing och Denial of Service-attacker är vanligast och att de medför att attackeraren kan kapa eller krascha drönaren. Ingen svåråtkomlig utrustning krävs för någon av dessa attacktyper vilket indikerar att säkerhetsläget för civila drönare behöver förbättras.

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Ameho, Yann. "Du pilotage d'une famille de drones à celui d'un drone hybride via la commande adaptative." Thesis, Toulouse, ISAE, 2013. http://www.theses.fr/2013ESAE0031/document.

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Abstract:

Les micro-drones sont des aéronefs sans pilotes de dimensions inférieures à un mètre et de poids inférieur à deux kilogrammes. Ils se distinguent des aéronefs classiques pour plusieurs raisons : un cycle de développement plus court, un coût plus faible, leur facilité d'opération et des configurations de véhicules spécifiques. L'ensemble de ces points attendent une réponse spécifique dans le développement des lois de commandes. Cette thèse s'y intéresse à travers deux problématiques : la commande d'une famille de drones quadrirotors et celle d'un drone hybride. Une famille de drones représente un même concept de véhicule décliné en plusieurs tailles dont on peut faire varier la charge utile ou son emplacement. Les lois de commandes doivent assurer un même niveau de performances malgré ses modifications. Un drone hybride se caractérise par sa capacité à réaliser du vol stationnaire et du vol d'avancement. Ces deux modes de vol ont chacun une dynamique de vol spécifique à laquelle les lois de commandes doivent s'adapter. Cette thèse présente la modélisation de quadrirotors et d'un drone hybride puis détaille une approche de commande adaptative indirecte qui répond aux problèmes introduits. La commande adaptative permet de garantir à l'aide d'un correcteur unique les performances de commande pour de multiples systèmes. Les méthodes d'estimation de paramètres et de synthèse linéaire à paramètres variants du schéma de commande sont décrites, puis, finalement, des résultats d'essais en vol montrent l'apport et les limites de cette approche
Micro Air Vehicle are pilotless aircrafts with dimensions not exceeding one meter and a maximum weight of two kilograms. They are different from classical aircrafts for multiple reasons: a shorter development cycle, a cheaper development, their ease of operation and specific vehicle configurations. All these points expect a specific answer in the development of the control laws of the vehicles. This thesis considers this topic through two particular issues: the control of a family of quadrotors and the control of hybrid micro air vehicle. A family of quadrotor represents a single concept of vehicle but with various sizes, payloads and payload configurations. Control laws must guarantee the same level of performance despite all these modifications. A hybrid micro air vehicle is able to both hover like a helicopter and fly forward like a plane. These two flight modes have specific flight dynamics that the control laws must adapt to. This thesis first presents a model of quadrotors and hybrid micro air vehicle and then details an indirect adaptive control method to tackle both issues. Adaptive control should guarantee performance of multiple controlled systems with a single controller. The parameter estimation and linear parameter varying synthesis method of the adaptive control scheme are described and finally flight test results show the contributions and limits of the approach

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Tang, Zhiqi. "Commande référencée vision de drones aériens." Thesis, Université Côte d'Azur, 2021. http://www.theses.fr/2021COAZ4018.

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Abstract:

Cette thèse propose de nouvelles commandes basées sur un retour visuel pour le guidage de drones. Elle considère à la fois des scénarios impliquant un seul ou plusieurs véhicules. Pour le cas du guidage d'un seul véhicule, de nouvelles approches d'asservissement visuel basées image (IBVS) sont proposées pour les drones de type avion (fixed-wing) et les drones de type VTOL (Vertical Take-Off and Landing) opérant en environnements urbains ou encombrés. Des tâches de navigation dans un environnement complexe avec des capacités d'évitement d'obstacle sont considérées. Il s'agit en particulier de l'atterrissage de drones de type fixed-wing sur une piste d'atterrissage et l'atterrissage de drones de type VTOL-UAV en incluant une stratégie d'évitement d'obstacle. L'originalité de l'étude réside dans l'exploitation directe de la centroïde de l'image du motif observé et du flux optique permettant ainsi d'éliminer la nécessité l'estimation de la position et la vitesse du drone. Pour le cas du contrôle de plusieurs véhicules en formation, de nouveaux contrôleurs à base de la mesure de direction entre véhicules sont également proposés pour des formations ayant une interaction topologique orientées ou non orientées. Le flux optique est également exploité dans certains cas afin d'éviter les collisions entre différents agents pendant l'évolution de la formation. Afin d'assouplir les conditions classiques requises par la théorie de la rigidité d'une formation à partir de l'information de direction et lever par la même occasion l'ambiguïté du facteur d'échelle causée par les mesures de directions, la notion de la persistance de l'excitation associée à la formation de référence est explorée. La méthodologie proposée est soutenue par des outils mathématiques rigoureux (impliquant des systèmes dynamiques non linéaires et analysés à l'aide de la théorie de Lyapunov afin de prouver formellement la stabilité asymptotique (ou exponentielle) du système, de garantir la robustesse et enfin d'assurer le bon fonctionnement du système en boucle fermée) et par des expériences réelles et/ou des résultats de simulation
This thesis proposes novel vision-based controllers for the guidance of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). It considers scenarios involving both single and multiple vehicles. For the case of a single-vehicle, novel Image-based visual servo control (IBVS) approaches are proposed for both fixed-wing and vertical take-off and landing (VTOL) UAVs operating in urban or congested environments. Navigation tasks in a complex environment with obstacle avoidance capabilities are considered. In particular, the landing of fixed-wing UAVs on an airstrip and the landing of VTOL-UAVs that includes an obstacle avoidance strategy are considered. The originality of the study lies in the direct exploitation of the centroid of the image of the observed pattern together with the optical flow, thereby eliminating the need to estimate the position and the velocity of the UAV.For multiple vehicles, novel bearing formation controllers are designed for formations under both directed and undirected interaction topologies. Optical flow is explored in the bearing formation control laws in order to achieve collision avoidance between different agents during the formation progression.In order to relax the classical conditions required by bearing rigidity theory and to lift the scale ambiguity caused by bearings, persistence of excitation of the desired bearing reference is explored. The proposed methodology is supported by rigorous mathematical tools (This involves nonlinear dynamical systems and analysis using Lyapunov theory to formally prove the asymptotic (or exponential) stability of the system, guarantee robustness, and finally ensure good performance of the closed-loop system). Further support is provided by real experiments and/or simulation results

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Esrafilian, Omid. "Learning from the sky : design of autonomous radio-enabled unmanned aerial vehicles in mobile cellular networks." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS307.

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Abstract:

L'utilisation de drones dans les réseaux sans fil a récemment suscité un vif intérêt. La première partie de cette thèse vise à étudier les travaux actuels sur les communications sans fil assistées par des drones et à développer de nouvelles méthodes pour le placement et la conception de la trajectoire d'un drone en tant que RAN volant dans les réseaux sans fil. Nous soulignons comment l'utilisation de cartes 3D des villes peut apporter des avantages substantiels pour l'autopositionnement fiable des radios volantes.Quel que soit l'emplacement ou la conception du chemin, tous les algorithmes fonctionnent sur la base d'un ensemble d'informations telles que la localisation GPS du nœud, la carte 3D de la ville, etc. permettant de prédire l'intensité des signaux radio. Si ces données peuvent être collectées par le réseau avant le vol réel du drone, une partie ou la totalité des informations peuvent également devoir être apprises par le drone. À cet égard, une partie de cette thèse est consacrée à la discussion sur la façon d'apprendre ces informations à partir des mesures prises par le drone. Dans l'hypothèse d'une connectivité cellulaire sûre, les drones deviennent prometteurs pour un large éventail d'applications telles que les transports, etc. Le principal défi dans ces domaines est la conception de trajectoires qui garantissent une connectivité cellulaire fiable tout au long du trajet tout en permettant l'accomplissement de la mission du drone. Ainsi, dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons une nouvelle approche pour la conception optimale de trajectoires entre un point initial et un point terminal en s'appuyant sur une carte de couverture
The use of UAVs in wireless networks has recently attracted significant attention. The first part of this thesis aims to investigate current works of UAV-aided wireless communications and develop novel methods for both the placement and path design of a UAV as a flying RAN in wireless networks. We highlight how the use of city 3D maps can bring substantial benefits for the reliable self-placement of flying radios.Regardless of the placement or path design, all algorithms operate on the basis of an array of information such as node GPS location, the city 3D map, etc. allowing the prediction of radio signal strengths. While such data may be collected via the network before the actual UAV flight, part or all of the information may also have to be learned by the UAV. In this regard, a part of this thesis is devoted to discussing how to learn such information from the UAV-borne measurements.Assuming the availability of safe cellular connectivity, UAVs are becoming promising for a wide range of applications such as transportation, etc. The main challenge in these areas is the design of trajectories that guarantee reliable cellular connectivity all along the path while allowing the completion of the UAV mission. Hence, in the second part of this thesis, we propose a novel approach for optimal path design between an initial and terminal points by leveraging on a coverage map. Lastly, we discuss the experimental verification of the placement algorithm of a UAV relay in LTE networks

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Franke, Ulrike Esther. "The unmanned revolution : how drones are revolutionising warfare." Thesis, University of Oxford, 2018. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:ab40b722-2613-478a-912c-5b06307a3435.

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Abstract:

Are drones revolutionary? Reading about military unmanned aerial vehicles (UAVs), or 'drones', one could be led to believe that drones are a revolutionary technology, set to fundamentally change warfare. Their fast proliferation, the association with Science Fiction, combined with the secrecy that surrounds drone use has led many to conclude that the 'Unmanned Revolution' is upon us. This thesis studies the Unmanned Revolution. It develops a framework based on the concept of the 'Revolution in Military Affairs' and applies it to the study of three countries' drone uses and integration into their armed forces. It furthermore explores the role that the designation as revolutionary has played for the integration and use of UAVs in the United States, Germany, and the United Kingdom. It shows that drones have proven their worth in military operations and compares the three countries' experiences. This thesis' detailed assessment of how the different countries have adopted drones and what implication this adoption has had, makes it a work of reference, in particular with regard to the German and British case studies. Assessing five types of changes - operational, doctrinal, strategic, organisational, and social and societal - this thesis argues that the most fundamental, and possibly revolutionary, change caused by military drones is social, namely, the fundamentally changed experience of war by combatants. In addition, it highlights country-specific changes. It concludes that the designation of drones as revolutionary has had an important impact in one country, Germany, although in the opposite way than initially expected. Namely, the intense debate around UAVs has hindered drone procurement and doctrinal thinking. In the other two countries, the Unmanned Revolution narrative was less prevalent and hence less influential. As drones are proliferating globally, I hope my thesis can be of use to policy-makers, military decision-makers as well as researchers worldwide.

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Spencer, Darren W. "The Unmanned Aerial Systems (UASs) Industry and the Business Impacts of the Evolution of the Federal Regulatory Environment." Scholar Commons, 2018. https://scholarcommons.usf.edu/etd/7576.

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Abstract:

Despite the explosion of popularity of UASs, and the recognition that such systems must find a way to safely operate alongside manned aviation, a literature review by this author as well as interviews with three commercial aerial photography companies in Tampa Bay, Florida, indicate that regulatory restrictions are still the greatest obstacle to law abiding commercial UAS operators. It can take six to eight months with a backlog of 12,000 waiver applications to get either a Part 333 or Part 107 exemption, which grants FAA permission for a commercial operator to fly a UAS inside controlled airspace (Gardner, 2018). A manned pilot can file a flight plan and hover a helicopter over the same area in just a few hours. The purpose of this research was to determine what industry experts perceive the future of UAS regulations hold, and how the industry will be impacted in both the short term of 5 years and less, and long-term of 5 years or more. UAS industry expert interviews were conducted in the “reflection of the meaning”, semi-structured style, with each interviewee given the latitude to discuss topics as they came to mind. A preset approved bank of questions helped to guide the interview, but in many cases as experts in the field, the interviewees naturally discussed the topics covered in the preset questions and the interview adapted to avoid unnecessary repetition. One interview was conducted in-person, but the rest were via phone calls due to geographical separation.

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Skowronski, Robin. "Perception visuelle pour les drones légers." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14345/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, en collaboration avec l'entreprise AéroDRONES, le Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique et l'INRIA, nous abordons le problème de la perception de l'environnement à partir d'une caméra embarquée sur un drone léger. Nous avons conçu, développé et validé de nouvelles méthodes de traitement qui optimisent l'exploitation des données produites par des systèmes de prise de vue aéroportés bas coût. D'une part, nous présentons une méthode d'autocalibrage de la caméra et de la tourelle d'orientation, sans condition spécifique sur l'environnement observé. Ensuite nous proposons un nouvel algorithme pour extraire la rotation de la caméra calibrée entre deux images (gyroscope visuel) et l'appliquons à la stabilisation vidéo en temps réel. D'autre part, nous proposons une méthode de géoréférencement des images par fusion avec un fond cartographique existant. Cette méthode permet d'enrichir des bases de données de photos aériennes, en gérant les cas de non-planéité du terrain
The last decade has seen the emergence of many Unmanned Aerial Vehicles (UAV) which are becoming increasingly cheap and miniaturized. A mounted video-camera is standard equipment and can be found on any such UAVs. In this context, we present robust techniques to enhance autonomy levels of airborne vision systems based on mini-UAV technologies. First, we present a camera autocalibration method based on central projection based image \dimension{2}-invariants analysis and we compare it to classical Dual Image of the Absolute Conic (DIAC) technique. We present also a method to detect and calibrate turret's effectors hierarchy. Then, we propose a new algorithm to extract a calibrated camera self-rotation (visual gyroscope) and we apply it to propose a real-time video stabilizer with full perspective correction

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Stefansson, Thor. "3D obstacle avoidance for drones using a realistic sensor setup." Thesis, KTH, Robotik, perception och lärande, RPL, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-233807.

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Abstract:

Obstacle avoidance is a well researched area, however most of the works only consider a 2D environment. Drones can move in three dimensions. It is therefore of interest to develop a system that ensures safe flight in these three dimensions. Obstacle avoidance is of highest importance for drones if they are intended to work autonomously and around humans, since drones are often fragile and have fast moving propellers that can hurt humans. This project is based on the obstacle restriction algorithm in 3D, and uses OctoMap to conveniently use the sensor data from multiple sensors simultaneously and to deal with their limited field of view. The results show that the system is able to avoid obstacles in 3D.
Hinderundvikande är ett utforskat område, dock för det mesta har forskningen fokuserat på 2D-miljöer. Eftersom drönare kan röra sig i tre dimensioner är det intressant att utveckla ett system som garanterar säker rörelse i 3D. Hinderundvikande är viktigt för drönare om de ska arbeta autonomt runt människor, eftersom drönare ofta är ömtåliga och har snabba propellrar som kan skada människor. Det här projektet är baserat på Hinderrestriktionsmetoden (ORM), och använder OctoMap för att använda information från många sensorer samtidigt och för att hantera deras begränsade synfält. Resultatet visar att systemet kan undvika hinder i 3D.

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Bailon-Ruiz, Rafael. "Design of a wildfire monitoring system using fleets of Unmanned Aerial Vehicles." Thesis, Toulouse, INSA, 2020. http://www.theses.fr/2020ISAT0011.

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Les feux de forêt sont des incendies de végétation incontrôlés qui causent des dégâts importants à l’environnement, aux biens et aux personnes. Les actions de lutte contre de tels feux sont risqués et peuvent par conséquent bénéficier de techniques d'automatisation pour réduire l’exposition humaine. La télédétection aérienne est une technique qui permet d’obtenir des informations précises sur l’état d'un feu de forêt, afin que les équipes d’intervention puissent préparer des contre-mesures. Avec des véhicules aériens habités, elle expose les opérateurs à des risques élevés, qui peuvent être évités par l’utilisation de véhicules autonomes. Cette thèse présente un système de surveillance de feux de forêt basé sur des flottes de véhicules aériens sans pilote (UAV) afin de fournir aux pompiers des renseignements précis et à jour sur un feu de forêt. Nous présentons une approche pour planifier les trajectoires d’une flotte de drones à voilure fixe afin d’observer un feu de forêt évoluant au fil du temps. Des modèles réalistes du terrain, du processus de propagation du feu et des drones sont exploités, ainsi qu’un modèle du vent, pour prédire la propagation des feux de forêt et planifier le mouvement des drones. L’approche présentée adapte une méthode générique de recherche à voisinage variable (VNS) à ces modèles et les contraintes associées. L’exécution de la mission d’observation planifiée fournit des cartes des feux de forêt qui sont transmises à l’équipe d’intervention et exploitées par l’algorithme de planification pour déterminer de nouvelles trajectoires d’observation. Les algorithmes et les modèles sont intégrés dans une architecture logicielle permettant l’exécution dans des scénarios avec différents niveaux de réalisme, avec des drones réels et simulés survolant un feu de forêt réel ou synthétique. Les résultats de simulation mixte montrent la capacité de planifier les trajectoires d’observation d’une petite flotte de drones et de mettre à jour les plans lorsque de nouvelles informations sur l’incendie sont incorporées dans le modèle de propagation de feu
Wildfires, also known as forest or wildland fires, are uncontrolled vegetation fires occurring in rural areas that cause tremendous damage to the society, harming environment, property and people. The firefighting endeavor is a dull, dirty and dangerous job and as such, can greatly benefit from automation to reduce human exposure to hazards. Aerial remote sensing is a common technique to obtain precise information about a wildfire state so fire response teams can prepare countermeasures. This task, when performed with manned aerial vehicles, expose operators to high risks that can be eliminated by the use of autonomous vehicles. This thesis introduces a wildfire monitoring system based on fleets of unmanned aerial vehicles (UAVs) to provide firefighters with timely updated information about a wildland fire. We present an approach to plan trajectories for a fleet of fixed-wing UAVs to observe a wildfire evolving over time. Realistic models of the terrain, of the fire propagation process, and of the UAVs are exploited, together with a model of the wind, to predict wildfire spread and plan UAV motion. The approach tailors a generic Variable Neighborhood Search method to these models and the associated constraints. The execution of the planned monitoring mission provides wildfire maps that are transmitted to the fire response team and exploited by the planning algorithm to plan new observation trajectories. Algorithms and models are integrated within a software architecture allowing for execution under scenarios with different levels of realism, with real and simulated UAVs flying over a real or synthetic wildfire. Mixed-reality simulation results show the ability to plan observation trajectories for a small fleet of UAVs, and to update the plans when new information on the fire are incorporated in the fire model

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Persson, Emil. "A systematic literature review on drones’ application in last-mile delivery." Thesis, Högskolan i Gävle, Avdelningen för industriell ekonomi, industridesign och maskinteknik, 2021. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:hig:diva-36733.

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Abstract:

In recent years, companies such as Amazon and DHL have started to develop alternative last-mile delivery options because of the growing trend in e-commerce. Last-mile deliveries refer to the terminal to customer deliveries and have become increasingly challenging to manage, as traffic congestions in cities has risen. Therefore, companies have begun searching for alternative delivery methods, such as autonomous drones or unmanned aerial vehicles (UAV). The purpose of this thesis is to investigate drones in the current literature on last-mile delivery. First, by conducting a systematic literature review on the current literature available in two major databases. Second, by analyzing the collected literature sample and presenting it through a descriptive analysis focusing on bibliometrics and a thematic analysis that identifies emerging themes for drivers for drones’ application in last-mile delivery, barriers for drones’ application in last-mile delivery, and approaches for implementing drones in last-mile delivery. Drones’ application in last-mile delivery has the potential to reduce cost, decrease delivery time, reduce emissions, and reduce energy consumption. However, barriers that hinder the implementation, such as governmental regulations, need further consideration for the implementation to occur. Some evident gaps can be found related to the barriers. Both managers and researchers might find the thesis useful, as it provides a holistic view on the subject, with theoretical, managerial, and societal implications being presented.

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Mishra, Debashisha. "Exploiting the synergies of unmanned aerial vehicles (UAVs) and 5G network." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0058.

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Abstract:

En tant que sujet en expansion de la robotique aérienne, les véhicules aériens sans pilote (UAV) ont fait l'objet d'une attention particulière de la part de la communauté de recherche sur les réseaux sans fil. Dès que les législations nationales permettront aux drones de voler de manière autonome, nous verrons des essaims de drones envahir le ciel de nos villes intelligentes pour accomplir diverses missions : livraison de colis, surveillance des infrastructures, vidéographie événementielle, surveillance, suivi, etc. Les réseaux cellulaires de cinquième génération (5G) et au-delà peuvent améliorer les communications des drones de diverses manières et profiter ainsi à l'écosystème des drones. Il existe une grande variété d'applications sans fil et de cas d'utilisation qui peuvent bénéficier des capacités de ces dispositifs intelligents, y compris les caractéristiques inhérentes du drone de mobilité agile dans l'espace tridimensionnel, le fonctionnement autonome et le placement intelligent. L'objectif général de cette thèse est de fournir une analyse complète des synergies qui peuvent être réalisées en combinant les réseaux cellulaires 5G et au-delà avec la technologie des drones. Cette thèse présente quatre types de modèles d'intégration de l'écosystème des drones et des réseaux cellulaires. Le paradigme cellulaire assisté par drone fait référence à des scénarios de communication dans lesquels les drones sont utilisés comme stations de base volantes (ou aériennes) ou comme relais pour augmenter la connectivité cellulaire terrestre actuelle ou pour atténuer les situations de catastrophe. Le paradigme des drones à assistance cellulaire prévoit l'intégration des drones dans le réseau cellulaire actuel en tant que nouvel utilisateur aérien (UE volant) pour servir une grande variété d'applications et de cas d'utilisation. Le paradigme "drone à drone" met l'accent sur la force collective d'une flotte de drones en tant qu'essaim et sur la communication entre les drones à l'intérieur de l'essaim. Le paradigme hybride non terrestre englobe les réseaux satellitaires et aériens, examinant ainsi l'ensemble du spectre des liaisons de communication du sol à l'air et à l'espace sous la forme d'un réseau de communication intégré espace-air-sol. Dans un premier temps, cette thèse se concentre sur les stations de base aériennes, qui ont fait l'objet d'une grande attention de la part des chercheurs afin de fournir des services de communication flexibles et à la demande aux utilisateurs au sol. À cette occasion, nous construisons une plateforme prototype de démonstration de faisabilité qui délimite les composants de conception requis pour mettre en œuvre de telles plateformes dans le monde réel, et nous expliquons ensuite la nécessité d'un placement optimal des stations de base aériennes pour augmenter les services de communication. Pour prendre en charge une classe hétérogène de services 5G provenant de diverses industries verticales (appelées locataires des opérateurs de réseaux 5G), nous proposons un cadre de station de base aérienne sensible au découpage dans lequel les utilisateurs au sol ayant des exigences de trafic différenciées en termes de débit de données, de latence et de déploiement massif sont pris en charge par le biais d'un approvisionnement intelligent en ressources. Ensuite, nous décrivons les utilisateurs aériens qui sont pris en charge par l'infrastructure cellulaire actuelle et examinons les difficultés telles que la coexistence des utilisateurs aériens et des utilisateurs au sol, les transferts et l'optimisation des trajectoires en fonction des communications
As an expanding subject of aerial robotics, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have received substantial research attention within the wireless networking research community. As soon as national legislations enable UAVs to fly autonomously, we will witness swarms of UAV filling the skies of our smart cities to complete diverse missions: package delivery, infrastructure monitoring, event videography, surveillance, tracking, etc. Fifth generation (5G) and beyond cellular networks can improve UAV communications in a variety of ways and thus benefit the UAV ecosystem. There is a wide variety of wireless applications and use cases that can benefit from the capabilities of these smart devices, including the UAV's inherent characteristics of agile mobility in three-dimensional space, autonomous operation, and intelligent placement. The broad goal of this thesis is to provide a comprehensive analysis of the synergies that may be realized when combining 5G and beyond cellular networks with UAV technology. This thesis presents four types of UAV and cellular ecosystem integration models. "UAV-assisted cellular paradigm" refers to communication scenarios in which UAVs are used as flying (or aerial) base stations or as relays to augment current terrestrial cellular connectivity or to mitigate disaster situations. The "cellular-assisted UAV paradigm" foresees the integration of UAVs into the current cellular network as a new aerial user (flying UE) to serve a wide variety of applications and use cases. The "UAV-to-UAV paradigm" stresses the collective strength of a fleet of UAVs as a swarm and communication amongst UAVs inside the swarm. The "hybrid non-terrestrial paradigm" encompasses satellite and aerial networks, therefore examining the whole spectrum of communication links from the ground to the air to the space in the form of an integrated space-air-ground communication network. Initially, this thesis focuses on aerial base stations, which have gained great academic attention in order to provide flexible, on-demand communication services to ground users. On this occasion, we build and construct a proof-of-concept prototype platform that delineates the design components required to implement such platforms in the real world, and we then explain the necessity for optimal placement of aerial base stations for increasing communication services. To support a heterogeneous class of 5G services from various vertical industries (referred to as tenants of 5G network operators), we propose a slicing-aware aerial base station framework in which ground users with differentiated traffic requirements in terms of data rate, latency, and massive deployment are supported through intelligent resource provisioning. Second, we describe aerial users who are supported by current cellular infrastructure and examine difficulties such as coexistence of aerial users and ground users, handovers, and communication-aware trajectory optimization. The use of a swarm of UAVs is considerably more cost-effective as compared to a single UAV conducting a mission when considering realistic mission goals. A swarm of UAVs opens up new opportunities for new services and applications since the UAVs may independently coordinate their operations and work together to complete a given task. Due to the spatio-temporal dynamics of swarm topology, dependable network development with seamless communication amongst UAVs is essential for any operation to be successful. As part of this thesis, we offer centralized and decentralized network models for UAV-to-UAV (U2U) communication inside swarm and conduct a full investigation of sidelink-assisted U2U communication with performance assessment

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Sierra, Páez Gina Katherine. "Towards battery health management for lithium polymer battery-powered small-size rotary-wing unmanned aerial vehicles." Tesis, Universidad de Chile, 2018. http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/168162.

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Doctora en Ingeniería Eléctrica
Little work has been done on Battery Health Management (BHM) for rotary-wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) despite the fact that they have become increasingly popular. They are highly maneuverable and enable both safe and low-cost experimentation in mapping, navigation, and testing of control algorithms in three dimensions. Also, they can perform maneuvers that cannot be achieved by their fixed-wing counterparts (e.g., hover in place, and take off and land vertically (VTOL)). However, small-size aircraft typically have weight, size and cost constraints. Thus, as small-size UAVs become more prevalent, the need for computationally efficient software will increase. This thesis proposes a holistic framework for the design, implementation and experimental validation of Battery Health Management (BHM) systems in small-size rotatory-wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) that allows to accurately (i) estimate the State of Charge (SOC), and (ii) predict the End of Discharge (EOD) time of lithium-polymer batteries in small-size multirotors by using a model-based prognosis architecture that is efficient and feasible to implement in low-cost hardware. The proposed framework includes a simplified battery model that incorporate the electric load dependence, temperature dependence and SOC dependence by using the concept of Artificial Evolution to estimate some of its parameters, along with a novel Outer Feedback Correction Loop (OFCL) during the estimation stage which adjusts the variance of the process noise to diminish bias in Bayesian state estimation and helps to compensate problems associated with incorrect initial conditions in a non-observable dynamic system. Also, it provides an aerodynamic-based characterization of future power consumption profiles and utilizes a new definition of probability of failure to mitigate the risk. A quadrotor has been used as the validation platform. This thesis is the first research effort towards BHM for small-size rotary-wing UAVs validated beyond numerical simulations, and that addresses the problem from an efficient approach for constrained computing platforms. A proper prognosis of the EOD time is not only necessary to verify if the mission goal(s) can be accomplished but also essential to aid in online decision-making activities such as fault mitigation and mission replanning. Therefore, the results of this work will allow making decisions about the flight and having enough confidence in those decisions so that the mission objectives can be optimally achieved. Given that: (i) the flight times in battery-powered UAVs are indeed short, (ii) most flight plans are highly conservatives due to they suffer from uncertainties in estimating the remaining charge, (iii) applications in urban zones are limited due to the risk associated with accidental battery run-down during the flight, and (iv) UAVs are ideally suited for long endurance applications; it hopes the results of this research become a significant contribution to the battery-powered rotary-wing UAVs field.
Este trabajo ha sido parcialmente financiado por CONICYT bajo la beca CONICYT-PCHA/Doctorado Nacional /2014-63140178

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Duberg, Daniel. "Safe Navigation of a Tele-operated Unmanned Aerial Vehicle." Thesis, KTH, Skolan för datavetenskap och kommunikation (CSC), 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-221701.

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Abstract:

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) can navigate in indoor environments and through environments that are hazardous or hard to reach for humans. This makes them suitable for use in search and rescue missions and by emergency response and law enforcement to increase situational awareness. However, even for an experienced UAV tele-operator controlling the UAV in these situations without colliding into obstacles is a demanding and difficult task. This thesis presents a human-UAV interface along with a collision avoidance method, both optimized for a human tele-operator. The objective is to simplify the task of navigating a UAV in indoor environments. Evaluation of the system is done by testing it against a number of use cases and a user study. The results of this thesis is a collision avoidance method that is successful in protecting the UAV from obstacles while at the same time acknowledges the operator’s intentions.
Obemannad luftfarkoster (UAV:er) kan navigera i inomhusmiljöer och genom miljöer som är farliga eller svåra att nå för människor. Detta gör dem lämpliga för användning i sök- och räddningsuppdrag och av akutmottagning och rättsväsende genom ökad situationsmedvetenhet. Dock är det även för en erfaren UAV-teleoperatör krävande och svårt att kontrollera en UAV i dessa situationer utan att kollidera med hinder. Denna avhandling presenterar ett människa-UAV-gränssnitt tillsammans med en kollisionsundvikande metod, båda optimerade för en mänsklig teleoperatör. Målet är att förenkla uppgiften att navigera en UAV i inomhusmiljöer. Utvärdering av systemet görs genom att testa det mot ett antal användningsfall och en användarstudie. Resultatet av denna avhandling är en kollisionsundvikande metod som lyckas skydda UAV från hinder och samtidigt tar hänsyn till operatörens avsikter.

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Pietri, Samuel. "Fibrous Aerial Robotics: study of spiderweb strategies for the design of architectural envelopes using swarms of drones and inflatable formworks." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2016.

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Abstract:

La tesi approccia in modo transdisciplinare biologia, architettura e robotica, con la finalità di indagare e applicare principi costruttivi attraverso l’interazione tra sciami di droni che depositano materiale fibroso su strutture gonfiabili di supporto. L’attenzione principale è nello sviluppo (attraverso un workflow computazionale che gestisce sciami di agenti costruttori) di una tettonica che integra struttura, spazio e ornamento all’interno dello stesso processo progettuale, il quale si sviluppa coerentemente dall’ideazione fino alla fabbricazione. Sono stati studiati modelli biologici quali le colonie di ragni sociali, i quali costruiscono artefatti di grandi dimensioni relativamente a quelle del singolo individuo grazie ad un’organizzazione coordinata ed emergente e alle proprietà dei sistemi fibrosi. L’auto-organizzazione e la decentralizzazione, insieme alle caratteristiche del sistema materiale, sono stati elementi indispensabili nell’estrapolazione prima e nella codificazione poi di un insieme di regole adatte allo sviluppo del sistema costruttivo. Parallelamente alla simulazione digitale si è andati a sviluppare anche un processo fisico di fabbricazione che, pur tenendo conto dei vincoli economici e tecnici, potesse dimostrarsi una prova di concetto e fattibilità del sistema costruttivo. Sono state investigate le possibilità che un drone offre nel campo della fabbricazione architettonica mediante il rilascio di fili su elementi gonfiabili in pressione. Il processo può risultare vantaggioso in scenari in cui non è possibile allestire infrastrutture costruttive tradizionali (es. gole alpine, foreste). Tendendo conto dei vincoli e delle caratteristiche del sistema di fabbricazione proposto, sono state esplorate potenzialità e criticità del sistema studiato.

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Lisein, Jonathan. "Application des techniques de photogrammétrie par drone à la caractérisation des ressources forestières." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1049/document.

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Abstract:

Une gestion raisonnée et multifonctionnelle des forêts n'est possible qu'avec une description à jour de l'état de la ressource naturelle.Les inventaires forestiers traditionnels, réalisés sur le terrain, sont couteux et ne couvrent qu'un échantillonnage de la surface boisée.L'essor des drones civils pour la cartographie a initié une révolution dans le domaine de la télédétection environnementale.La polyvalence et la diversité des systèmes drones sont une aubaine pour la foresterie de précision.Ceux-ci sont utilisé pour la réalisation de cartographie très fine des habitats naturels avec une résolution temporelle et spatiale sans précédent.Nous explorons les possibilités d’utilisation de mini-drones pour la caractérisation quantitative et qualitative de la ressource forestière.Nous nous intéressons en particulier à l’estimation de la hauteur des arbres et à la caractérisation de la composition spécifique au sein de peuplements forestiers.La hauteur de la canopée est une variable dendrométrique de première importance : elle est un bon indicateur du stade de développement des peuplements et intervient notamment dans les estimations de biomasse ou de niveau de productivité.La composition spécifique est une information essentielle en regard des principales fonctions que remplit la forêt (conservation, production, récréation, etc).Nous avons comparé l'estimation de la hauteur des peuplements à partir de mesures LiDAR et celles obtenues par photogrammétrie.Bien que permettant une mesure de hauteur individuelle avec une incertitude de l'ordre de 1.04 m (RMSE) en feuillus, la photogrammétrie par drone sur des zones forestières est systématiquement moins précise que les mesures par LiDAR (RMSE de 0.83 m).Néanmoins, la grande flexibilité que confère les petits drones permet d'acquérir, au moment propice du stade de végétation, et l'information de relief de la canopée, et l'information spectrale.La période de fin de feuillaison, au début du mois de juin, s'est avéré le moment le plus propice à une discrimination automatique de cinq groupes d'essences feuillues (le chênes pédonculé, les bouleaux, l'érable sycomore, le frêne commun et les peupliers).Une erreur globale de classification des houppiers de 16% est obtenue avec des acquisitions monotemporelles, alors que l'utilisation d'imageries acquises à différentes dates permet encore d'améliorer cette classification.Les contraintes de la législation régissant l'utilisation des aéronefs sans pilote à bord restreignent le champs d'action des drones civils.Ainsi, les opérations avec un drone sont limitées sous un seuil d'altitude et à une distance maximale du télépilote, ce qui ne permet pas une utilisation optimale de cette technologie pour la couverture de grands domaines forestiers (plusieurs milliers d'hectares).C'est pourquoi nous pensons que les drones resterons un outils d'analyse de petites surfaces (dizaines voire centaines d'hectares), plus utiles à des fins de recherches scientifiques qu'à une utilisation en gestion forestière
The recent development of operational small unmanned aerial systems (UASs) opens the door for their extensive use in forest mapping, as both the spatial and temporal resolution of UAS imagery better suit local-scale investigation than traditional remote sensing tools.Along with this rising use of drones, dense three-dimensional reconstruction through the combined use of photogrammetry and textit{Structure from Motion} techniques enables now the fine modelization of the canopy surface relief from a set of overlapping images.Forest management is evolving and has to cope with numerous news demands.A sustainable managemnent practice requires beforehand up-to-date and comprehenvise forest inventory.Traditionnal forest ressources inventories are carried out on the field.They are expensive and focus only on an sample of the forest.Information is delivered at the stand level, and specific measurements for individual tree is missing.The use of mapping drones can potentially changes the story by describing forest ecosystems on a tree-level.This thesis aims at investigating the use of unmanned aerial systems for the characterization of temperate forests (in Wallonia, Belgium).Modelization of the vegetation heigth also is investigated by the combinaison of photogrammetric canopy surface measurements with digital terrain elevation acquired by LiDAR.Eventually, the study of a time series of 20 drone fligths through the growing season enables to determine when is the optimal period for automatic classification of deciduous species.Photogrammetric measurements of individual deciduous tree heigth are always less accurate than high density LiDAR measurements (RMSE of 1.04 m versus 0.83 m for the latter).Nevertheless, the versatility of drones is far higher than LiDAR data, with the possibility of flying at the appropriate time and delivering both spectral and 3D information with a very high resolution.Spetral information is relevant among other for tree species identification.The optimal phenology state for the discrimination of deciduous species was demonstrated to be the end of leaf flush.The intra-species phenology is indeed well synchronized during this time windows ranging from late spring to early summer.A global classification error of 16% is reached by using single date UAS imagery, and multitemporal UAS acquisitions still improve the process of species discrimination.Altough precision forestry can largely benefits from UAS technology, legislation constraints limit the operationnal use of drones.Thus, UAS flights are most of the time restricted under a specific altitude and within a certain distance from the remote pilot.These constraints are sub-optimal for the mapping of forest, which requires beyond line of sigth fligth at relatively high altitude.We thus believe that the drone technology will be more developped for scientific investigations at a local scale (dozens or hundreds of hectares) than for forest inventory of large forest estate (thousands of hectares)

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Saied, Majd. "Fault-tolerant control of an octorotor unmanned aerial vehicle under actuators failures." Thesis, Compiègne, 2016. http://www.theses.fr/2016COMP2287.

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La sûreté de fonctionnement est devenue indispensable pour tous les systèmes critiques où des vies humaines sont en jeu (comme l’aéronautique, le ferroviaire, etc.). Ceci a conduit à la conception et au développement des architectures tolérantes aux fautes, l’objectif de ces architectures étant de maintenir un service correct délivré par le système malgré la présence de fautes, et en particulier de garantir la sécurité-innocuité et la fiabilité du système. La tolérance aux fautes sur les drones aériens multirotors a récemment reçu une attention importante de la part de la communauté scientifique. En particulier, plusieurs travaux ont été développés sur la tolérance aux fautes des quadrirotors suite à des fautes partielles sur les actionneurs, et récemment des recherches ont abordé le problème de panne totale de l’un des actionneurs. D’après ces études, il a été montré qu’une défaillance totale d’un actionneur dans un quadrirotor rend le système non complètement contrôlable. Une solution proposée est de considérer des multirotors avec des actionneurs redondants (hexarotors ou octorotors). La redondance inhérente disponible dans ces véhicules est exploitée, en cas de défaillance sur les actionneurs, pour redistribuer les efforts de commande sur les moteurs sains de façon à garantir la stabilité et la contrôlabilité complète du système. Dans ce travail de thèse, des approches pour la conception de systèmes de commande tolérants aux fautes des drones multirotors sont étudiées et appliquées au contrôle des octorotors. Toutefois, les algorithmes sont conçus de manière à être applicables sur les autres types de multirotors avec des modifications mineures. D’abord, une analyse de contrôlabilité de l’octorotor après l’occurrence de défaillances sur les actionneurs est présentée. Ensuite, un module de détection et d’isolation de pannes moteurs basé sur un observateur non-linéaire et les mesures de la centrale inertielle est proposé. Les mesures des vitesses et des courants de moteurs fournis par les contrôleurs de vitesse sont également utilisées dans un autre algorithme de détection pour détecter les défaillances des actionneurs et distinguer les pannes moteurs des pertes des hélices. Un module de rétablissement basé sur la reconfiguration du multiplexage est proposé pour redistribuer les efforts de commande d’une manière optimale sur les actionneurs sains après l’occurrence de défaillances dans le système. Une architecture complète, comprenant la détection et l’isolation des défauts suivie par le rétablissement du système est validée expérimentalement sur un octorotor coaxial puis elle est comparée à d’autres architectures basées sur l’allocation de commande et la tolérance aux fautes passive par mode glissant
With growing demands for safety and reliability, and an increasing awareness about the risks associated with system malfunction, dependability has become an essential concern in modern technological systems, particularly safety-critical systems such as aircrafts or railway systems. This has led to the design and development of fault tolerant control systems (FTC). The main objective of a FTC architecture is to maintain the desirable performance of the system in the event of faults and to prevent local faults from causing failures. The last years witnessed many developments in the area of fault detection and diagnosis and fault tolerant control for Unmanned Aerial rotary-wing Vehicles. In particular, there has been extensive work on stability improvements for quadrotors in case of partial failures, and recently, some works addressed the problem of a quadrotor complete propeller failure. However, these studies demonstrated that a complete loss of a quadrotor motor results in a vehicle that is not fully controllable. An alternative is then to consider multirotors with redundant actuators (octorotors or hexarotors). Inherent redundancy available in these vehicles can be exploited, in the event of an actuator failure, to redistribute the control effort among the remaining working actuators such that stability and complete controllability are retained. In this thesis, fault-tolerant control approaches for rotary-wing UAVs are investigated. The work focuses on developing algorithms for a coaxial octorotor UAV. However, these algorithms are designed to be applicable to any redundant multirotor under minor modifications. A nonlinear model-based fault detection and isolation system for motors failures is constructed based on a nonlinear observer and on the outputs of the inertial measurement unit. Motors speeds and currents given by the electronic speed controllers are also used in another fault detection and isolation module to detect actuators failures and distinguish between motors failures and propellers damage. An offline rule-based reconfigurable control mixing is designed in order to redistribute the control effort on the healthy actuators in case of one or more motors failures. A complete architecture including fault detection and isolation followed by system recovery is tested experimentally on a coaxial octorotor and compared to other architectures based on pseudo-inverse control allocation and a robust controller using second order sliding mode

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Pham, The Hung. "Robust planning and control of unmanned aerial vehicles." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASG003.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de réaliser la modélisation, la planification de trajectoire et le contrôle d'un robot hélicoptère sans pilote pour la surveillance de grandes surfaces, en particulier dans des applications d'agriculture de précision. Dans les missions de surveillance des ravageurs, les drones seront équipés de caméras spécialisées. Une trajectoire sera créée pour permettre aux aéronefs sans pilote de capturer des images de zones de cultures entières et d'éviter les obstacles pendant le vol. Les zones infectées seront identifiées en analysant les images prises. Lors de la pulvérisation d'insecticides, l'aéronef doit être contrôlé pour voler selon une trajectoire préprogrammée et pulvériser l'insecticide sur toutes les zones de culture infectées.Dans la première partie, nous présentons un nouvel algorithme de planification de chemin de couverture complet en proposant une nouvelle décomposition cellulaire qui repose sur une généralisation de la variante Boustrophédon, à l'aide de fonctions Morse, avec une extension de la représentation des points critiques. Cette extension conduit à un nombre réduit de cellules après décomposition. L'algorithme génétique (GA) et l'algorithme de problème du voyageur de commerce (TSP) sont appliqués pour obtenir le chemin le plus court pour une couverture complète. A partir des informations sur la carte concernant les coordonnées des obstacles, des zones infectées et non infectées, les zones infectées sont divisées en plusieurs régions non chevauchantes en utilisant une technique de regroupement. Un algorithme est proposé pour générer le meilleur chemin pour qu'un véhicule aérien sans pilote (UAV) distribue des médicaments à toutes les zones infectées d'un environnement agricole qui contient des obstacles non convexes, des zones exemptes de parasites et des zones infestées de parasites.Dans la deuxième partie, nous étudions la conception d'un système de contrôle robuste qui permet au véhicule de suivre la trajectoire prédéfinie d'un hélicoptère à modèle dynamique variable en raison des changements de coefficients dynamiques tels que la masse et les moments d'inertie. Par conséquent, les lois robustes d'observation et de contrôle sont nécessaires pour adopter les changements des paramètres dynamiques ainsi que l'impact des forces externes. La méthode proposée consiste à explorer les techniques de modélisation, de planification et de contrôle par l’approche Takagi-Sugeno. Pour avoir des algorithmes facilement implantables et adaptables aux changements de paramètres et de conditions d'utilisation, nous privilégions la synthèse de l'Observateur d'Entrées Inconnues (UIO) à Paramètre Linéaire Variable (LPV), et des contrôleurs retour d'état quadratique LPV, retour d'état robuste et retour de sortie statique. L'observateur et les contrôleurs sont conçus en résolvant un ensemble d'inégalités matricielles linéaires (LMI) obtenues à partir du lemme réel borné et de la caractérisation des régions LMI.Enfin, pour mettre en évidence les performances des algorithmes de planification de trajectoire et des lois de contrôle générées, nous effectuons une série de simulations à l’aide de MATLAB Simulink. L'algorithme de planification de trajectoire de couverture suggère que la trajectoire générée raccourcit la distance de vol de l'aéronef mais évite toujours les obstacles et couvre toute la zone d'intérêt. Les simulations pour l’observateur LPV UIO et les contrôleurs LPV sont effectuées avec les cas où la masse et les moments d'inertie changent brusquement et lentement. Le LPV UIO est capable d'estimer les variables d'état et les perturbations inconnues et les valeurs estimées convergent vers les vraies valeurs des variables d'état et les perturbations inconnues de manière asymptotique. Les contrôleurs LPV fonctionnent bien pour divers signaux de référence (impulsion, aléatoire, constant et sinusoïdale) et plusieurs types de perturbations (impulsionnelle, aléatoire, constante et sinusoïdale)
The objective of this thesis is to realize the modeling, trajectory planning, and control of an unmanned helicopter robot for monitoring large areas, especially in precision agriculture applications. Several tasks in precision agriculture are addressed. In pest surveillance missions, drones will be equipped with specialized cameras. A trajectory will be researched and created to enable unmanned aircraft to capture images of entire crop areas and avoid obstacles during flight. Infected areas will be then identified by analyzing taken images. In insecticides spraying, the aircraft must be controlled to fly in a pre-programmed trajectory and spray the insecticide over all the infected crop areas.In the first part, we present a new complete coverage path planning algorithm by proposing a new cellular decomposition which is based on a generalization of the Boustrophedon variant, using Morse functions, with an extension of the representation of the critical points. This extension leads to a reduced number of cells after decomposition. Genetic Algorithm (GA) and Travelling Salesman Problem (TSP) algorithm are then applied to obtain the shortest path for complete coverage. Next, from the information on the map regarding the coordinates of the obstacles, non-infected areas, and infected areas, the infected areas are divided into several non-overlapping regions by using a clustering technique. Then an algorithm is proposed for generating the best path for a Unmanned Aerial Vehicle (UAV) to distribute medicine to all the infected areas of an agriculture environment which contains non-convex obstacles, pest-free areas, and pests-ridden areas.In the second part, we study the design of a robust control system that allows the vehicle to track the predefined trajectory for a dynamic model-changing helicopter due to the changes of dynamic coefficients such as the mass and moments of inertia. Therefore, the robust observer and control laws are required to adopt the changes in dynamic parameters as well as the impact of external forces. The proposed approach is to explore the modeling techniques, planning, and control by the Takagi-Sugeno type technique. To have easily implantable algorithms and adaptable to changes in parameters and conditions of use, we favor the synthesis of Linear Parameter Varying (LPV) Unknown Input Observer (UIO), LPV quadratic state feedback, robust state feedback, and static output feedback controllers. The observer and controllers are designed by solving a set of Linear Matrix Inequality (LMI) obtained from the Bounded Real Lemma and LMI regions characterization.Finally, to highlight the performances of the path planning algorithms and generated control laws, we perform a series of simulations in MATLAB Simulink. Simulation results are quite promising. The coverage path planning algorithm suggests that the generated trajectory shortens the flight distance of the aircraft but still avoids obstacles and covers the entire area of interest. Simulations for the LPV UIO and LPV controllers are conducted with the cases that the mass and moments of inertias change abruptly and slowly. The LPV UIO is able to estimate state variables and the unknown disturbances and the estimated values converge to the true values of the state variables and the unknown disturbances asymptotically. The LPV controllers work well for various reference signals (impulse, random, constant, and sine) and several types of disturbances (impulse, random, constant, and sine)

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Wani, Bhavika. "Systems Engineering of a Medical Emergency Drone – AmbiFly." University of Cincinnati / OhioLINK, 2020. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ucin1613740749331087.

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Saif, Osamah. "Reactive navigation of a fleet of drones in interaction." Thesis, Compiègne, 2016. http://www.theses.fr/2016COMP2269/document.

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Abstract:

De nos jours, les applications utilisant des quadrirotors autonomes sont en plein essor. La surveillance et la sécurité de sites industriels ou sensibles, de zones géographiques pour l’agriculture par exemple sont quelques-unes des applications les plus célèbres des véhicules aériens sans pilote (UAV). Actuellement, certains chercheurs et scientifiques se concentrent sur le déploiement multi-drones pour l’inspection et la surveillance de vastes zones. L’objectif de cette thèse est de concevoir des algorithmes afin de réaliser une commande de vol en formation distribuée/décentralisée de multi-UAVs en temps réel dans une perspective de systèmes de systèmes. Tout d’abord, nous avons passé en revue certains travaux récents de la littérature sur la commande de vol en formation et la commande de quadrirotors. Nous avons présenté une brève introduction sur les systèmes de systèmes, leur définition et leurs caractéristiques. Ensuite, nous avons introduit la commande de vol en formation avec ses structures les plus utilisées dans la littérature. Nous avons alors présenté quelques travaux existants traitant du flocking (comportement de regroupement en flotte), les méthodes de modélisation les plus utilisés pour les quadrirotors et quelques approches de commande les plus utilisées pour stabiliser des quadrirotors. Deuxièmement, nous avons utilisé la structure de la commande comportementale pour réaliser un vol en formation de plusieurs UAVs. Nous avons conçu un comportement pour réaliser le vol en formation de multi-UAVs sans fragmentation. Le comportement proposé traite le problème flocking dans une perspective globale, c’est-à-dire, nous avons inclus une tendance dans chaque drone pour former une formation. Les défis des Systèmes de systèmes nous a motivés à chercher des algorithmes de flocking et de consensus introduits dans la littérature qui peuvent être utiles pour répondre à ces défis. Cela nous a amenés à proposer quatre lois de commande en visant à être compatibles avec le modèle non linéaire des quadrirotors et pouvant être expérimentés sur des plates-formes réelles. Les lois de commande ont été exécutées à bord de chaque quadrirotor dans la formation et chaque quadrirotor interagit avec ses voisins pour assurer un vol en formation sans collision. Enfin, nous avons validé nos lois de commande par des simulations et des expériences en temps réel. Pour la simulation, nous avons utilisé un simulateur de multi quadrirotors développé au laboratoire Heudiasyc. Pour les expériences, nous avons mis en œuvre nos lois de contrôle sur des quadrirotors ArDrone2 évolués dans un environnement intérieur équipé d’un système de capture de mouvement (Optitrack)
Nowadays, applications of autonomous quadrotors are increasing rapidly. Surveillance and security of industrial sites, geographical zones for agriculture for example are some popular applications of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). Nowadays, researchers and scientists focus on the deployment of multi-UAVs for the inspection and the surveillance of large areas. The objective of this thesis is to design algorithms and techniques to perform a real-time distributed/decentralized multi-UAVs flight formation control, from a system of systems perspective. Firstly, we reviewed recent works of the literature about flight formation control and the control of quadrotors. We presented a brief introduction about systems of systems, their definition and characteristics. Then, we introduced the flight formation control with its most used structures in the literature, some existing works dealing with flocking. Finally, we presented the most used modeling methodologies for quadrotors and some control approaches that are used to stabilize quadrotors. Secondly, we used the behavioral-based control structure to achieve a multiple UAV flocking. We conceived a behavior intending to address the control design towards a successful achievement of the flocking task without fragmentation. The proposed behavior treats the flocking problem from a global perspective, that is, we included a tendency of separated UAVs to form a flock.System of systems challenges motivated us to look for flocking and consensus algorithms introduced in the literature that could be helpful to answer to these challenges. This led us to propose four flocking control laws aiming at being compatible with the nonlinear model of quadrotors and at being implemented on experimental platforms. The control laws were run aboard each quadrotor in the flock. By running the control law, each quadrotor interacts with its neighbors to ensure a collision-free flocking. Finally, we validated our proposed control laws by simulations and real-time experiments. For the simulation, we used a PC-based simulator of flock of multiple quadrotors which was developed at Heudiasyc laboratory. For experiments, we implemented our control laws on ArDrone2 quadrotors evolved in an indoor environment equipped with an Optitrack motion capture system

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Sandino, Mora Juan David. "Autonomous decision-making for UAVs operating under environmental and object detection uncertainty." Thesis, Queensland University of Technology, 2022. https://eprints.qut.edu.au/232513/1/Juan%20David_Sandino%20Mora_Thesis.pdf.

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Abstract:

This study established a framework that increases cognitive levels in small UAVs (or drones), enabling autonomous navigation in partially observable environments. The UAV system was validated under search and rescue by locating victims last seen inside cluttered buildings and in bushlands. This framework improved the decision-making skills of the drone to collect more accurate statistics of detected victims. This study assists validation processes of detected objects in real-time when data is complex to interpret for UAV pilots and reduces human bias on scouting strategies.

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Baudouin, Laurène. "Sûreté et sécurité au XXIème siècle : l'exemple des drones aériens « augmentés » de sécurité publique." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2024. https://pepite-depot.univ-lille.fr/ToutIDP/EDSJPG/2024/2024ULILD005.pdf.

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Abstract:

En 2022, le législateur a adopté un cadre autorisant le recours à des drones aériens équipés de caméras par les forces de l’ordre et les services de secours. Ces caméras aéroportées sont venues s’ajouter à l’arsenal des systèmes de vidéoprotection et s’inscrire dans le débat de la surveillance de l’espace public. De fait, les qualités mobiles et aériennes des drones aériens de sécurité publique engendrent en contrepartie une amplification des restrictions portées notamment au droit au respect de la vie privée. En outre, le traitement de données qu’ils opèrent constitue une ingérence dans le droit à la protection des données à caractère personnel. Aujourd’hui, leur possible association à des algorithmes d’analyse d’images à des fins d’aide à la prise de décisions des forces de l’ordre fait apparaître de nouveaux enjeux à l’heure où les logiciels d’Intelligence artificielle ne bénéficient pas encore d’un cadre juridique adapté. Or, cette technologie n’étant pas infaillible, les décisions prises sur le fondement des résultats de l’algorithme pourraient conduire à des arrestations voire à des détentions arbitraires. Dès lors, cette thèse entend étudier les évolutions du rapport entre la sûreté et la sécurité dans lequel s’insèrent les drones aériens « augmentés » de sécurité publique. L’étude analyse l’incidence du recours à cette technologie sur les droits et libertés, avant d’aborder le renforcement possible de leurs garanties à l’ère des technologies de surveillance « augmentées » de sécurité publique
In 2022, the legislature adopted a framework authorising the use of aerial drones equipped with cameras by law enforcement agencies and emergency services. These airborne cameras have been added to the arsenal of video-protection systems and become part of the debate on surveillance of public spaces. In fact, the mobile and aerial qualities of public safety drones increase the restrictions to the right to privacy. In addition, the data processing they perform constitutes an interference with the right to protection of personal data. Today, their possible association with video analytics to help law enforcement agencies make decisions is raising new issues at a time when artificial intelligence software does not yet benefit from an appropriate legal framework. As this technology is not infallible, decisions taken on the basis of the algorithm's results could lead to arrests or even arbitrary detention. The aim of this thesis is therefore to examine the changing relationship between personal security and public safety in the context of 'augmented' aerial drones for public safety. The study analyses the impact of the use of this technology on rights and freedoms, before looking at the possible strengthening of their guarantees in the era of 'augmented' public safety surveillance technologies

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Merheb, Abdel-Razzak. "Diagnostic and fault-tolerant control applied to an unmanned aerial vehicle." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4367/document.

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Abstract:

Les travaux de recherches sur la commande, le diagnostic et la tolérance aux défauts appliqués aux drones deviennent de plus en plus populaires. Il est judicieux de concevoir des lois de commande qui garantissent la stabilité et les performances du drone, non seulement dans le cas nominal, mais également en présence de fortes perturbations et de défauts.Dans cette thèse, un nouvel algorithme bio-inspiré adapté pour la recherche de solutions dans des problèmes d’optimisation est développé. Cet algorithme est utilisé pour trouver les gains des différents contrôleurs conçus pour les drones. La commande par mode glissant est utilisée pour développer deux contrôleurs passifs tolérants aux défauts pour les quadrirotors: un contrôleur par mode glissant augmentée avec un intégrateur, et un contrôleur par mode glissant implémenté en cascade. Parce que les commandes passives ont une robustesse réduite, une commande active par mode glissant est développée. Pour traiter les défauts extrêmes, un contrôleur d’urgence basé sur la conversion du quadrirotor en trirotor est développé. Les commandes actives, passives, et le contrôleur d’urgences sont ensuite intégrés pour former un contrôleur tolérant aux défauts capable de gérer un grand nombre de défaillances tout en garantissant les ressources actionneur et en limitant la charge de calcul du processeur. Finalement, des contrôleurs tolérants aux défauts, actifs et passifs, basés sur des méthodes par mode glissant du premier et deuxième ordre sont développées pour les octorotors. La commande active utilise des méthodes d’allocation de contrôles pour redistribuer les efforts sur les actionneurs sains, réduisant ainsi l’effet du défaut
Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are more and more popular for their civil and military applications. Classical control laws usually show weaknesses in the presence of parameter uncertainties, environmental disturbances, and actuator and sensor faults. Therefore, it is judicious to design a control law capable of stabilizing the UAV not only in the fault-free nominal cases, but also in the presence of disturbances and faults. In this thesis, a new bio-inspired search algorithm called Ecological Systems Algorithm (ESA) suitable for engineering optimization problems is developed. The algorithm is used over the thesis to find optimal gains for the fault tolerant controllers. Sliding Mode Control theory is used to develop two Passive Fault Tolerant Controllers for quadrotor UAVs: Regular and Cascaded SMC. Because Passive Controllers handle a few numbers of faults, an Active Sliding Mode Fault Tolerant Controller using Kalman Filter is developed. To overcome severe faults and failures, an emergency controller based on the Quadrotor-to-Trirotor conversion maneuver is developed. The Controllers developed so far (Passive, Active, and emergency controllers) are then integrated to form the Integrated Fault Tolerant Controller (IFTC). The IFTC is a powerful controller that is able to handle a wide number of faults, and save actuator resources as well as processor computational effort. Finally, Passive and Active Fault Tolerant Controllers are designed for octorotor UAVs based on First Order and Second Order Sliding Mode Control. The AFTC uses Dynamic and Pseudo-Inverse Control Allocation methods to redistribute the control effort among healthy actuators reducing the effect of fault

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Bouzgou, Kamel. "Contribution à l'architecture, la modélisation et la commande d'un bras manipulateur aérien." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASG012.

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Abstract:

Les véhicules aériens sans pilote (UAV), de plus en plus utilisés pour différentes applications militaires comme civiles, ont la possibilité de se déplacer dans un environnement 3D en coordonnées cartésiennes pour assister l'homme, inspection des zones cibles ou bien photographier. Parmi ces missions, certaines nécessitent une interaction avec l'environnement comme par exemple la manipulation d'objet en vol. Pour satisfaire ce type de mission, la thèse a permis de choisir et concevoir un double système composé d'un bras manipulateur attaché à la base d'un multirotor. Le problème majeur émanant de cette nouvelle structure concerne la faculté à stabiliser le système simultanément avec un changement permanent de son inertie dû au mouvement du manipulateur. Dans ce manuscrit, une nouvelle conception de manipulateur aérien est proposée, capable de stabiliser le système avec la mise en œuvre d'une articulation prismatique pour agir sur le centre de gravité du système global tout en le maintenant le plus proche possible de l'axe vertical. Une contribution complémentaire a permis de présenter une nouvelle classification des systèmes de manipulation aérienne basée sur une formule symbolique, capable de définir le type et le nombre de multirotors et de manipulateurs utilisés au sein de la structure mécanique. Un nouvel algorithme de calcul des solutions du modèle géométrique inverse, basé sur une approche analytique, est ainsi développé et comparé à des algorithmes itératifs issus de la littérature. Le modèle dynamique du système global est obtenu à l'aide d'outils mathématiques symboliques et de fonctions développées dans ce projet. Deux approches de modélisation, couplées et découplées, sont développées. La partie contrôle-commande est conçue en utilisant trois lois de commande pour un système couplé et appliquées sur différents scénarios, chacun se composant de multiples couches (planification de trajectoire, couche interne de contrôle de position et d'attitude, bloc de contrôle d'entrée virtuelle). L'efficacité de l'articulation prismatique est étudiée et examinée pour différentes valeurs d'angles des articulations du bras manipulateur. Trois approches d'interaction de l'organe terminal du bras robotisé avec l'environnement sont implémentées et simulées. Une étude de cas et l'application du module d'impédance de contrôle sont simulées. Finalement, les approches et méthodes mises en œuvre sont validées à l'aide d'un prototype virtuel dans l'environnement SimMechanics où une interface utilisateur graphique GUI est conçue pour manipuler et visualiser le système lors de scénarios programmés, montrant ainsi l'apport des contributions principales de la thèse
Unmanned aerial vehicles (UAVs), progressively used by different military and commercial tasks, have the possibility to move in a 3D environment in Cartesian coordinates to assist humans, inspect dangerous areas or photography. Some of these missions require contact with the environment, such as handling objects in flight. In order to accomplish this kind of mission, that thesis made it possible to consider and design a dual system consisting of a manipulator arm connected to the base of a multirotor. The main problem resulting from this new structure involves the ability to stabilize the mechanism concurrently with a permanent change in its inertia due to the movement of the manipulator. In this manuscript, a new concept of the aerial manipulator is proposed, capable of stabilizing the system with the implementation of a prismatic joint to operate the center of gravity of the whole system while keeping it as close as possible to the vertical axis. A further contribution in this study, when a new classification of aerial manipulation systems based on a symbolic formula is introduced, capable of specifying the type and number of multirotors and manipulators used within the mechanical structure. A new algorithm for calculating the solutions of the inverse geometric model, based on an analytical approach, is thus developed and compared to iterative algorithms presented in the literature. The dynamic model of the overall system is obtained by the use of symbolic mathematical tools and functions developed in this project. Two modeling methods, coupled and decoupled, have been introduced. The control part is designed for a coupled system using three control laws and applied to various scenarios, each consisting of multilayer blocks (trajectory planning, internal layer of position and attitude control, control block of virtual entry). Different values of the angles of the manipulator arm joints are analyzed and tested for the efficiency of the prismatic joint. Three approaches to the interaction of the end organ of the robotic arm with the environment are implemented and simulated. A case study and the application of the control impedance module are simulated. Finally, the approaches and methods implemented in this thesis are validated using a virtual prototype in the SimMechanics environment, where a graphical user interface GUI is designed to manipulate and visualize the system during programmed scenarios, thus demonstrating the interest of the main thesis contributions

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Ait, Saadi Amylia. "Coordination of scout drones (UAVs) in smart-city to serve autonomous vehicles." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASG064.

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Abstract:

Le sujet des véhicules aériens sans pilote (VAP) est devenu un domaine d'étude prometteurtant dans la recherche que dans l'industrie. En raison de leur autonomie et de leur efficacitéen vol, les drones sont considérablement utilisés dans diverses applications pour différentestâches. Actuellement, l'autonomie du drone est un problème difficile qui peut avoir un impactà la fois sur ses performances et sur sa sécurité pendant la mission. Pendant le vol, les dronesautonomes sont tenus d'investiguer la zone et de déterminer efficacement leur trajectoire enpréservant leurs ressources (énergie liée à la fois à l'altitude et à la longueur de la trajectoire) et en satisfaisant certaines contraintes (obstacles et rotations d'axe). Ce problème estdéfini comme le problème de planification de trajectoire UAV qui nécessite des algorithmesefficaces pour être résolus, souvent des algorithmes d'intelligence artificielle. Dans cettethèse, nous présentons deux nouvelles approches pour résoudre le problème de planificationde trajectoire UAV. La première approche est un algorithme amélioré basé sur l'algorithmed'optimisation des vautours africains, appelé algorithmes CCO-AVOA, qui intègre la cartechaotique, la mutation de Cauchy et les stratégies d'apprentissage basées sur l'oppositiond'élite. Ces trois stratégies améliorent les performances de l'algorithme AVOA original entermes de diversité des solutions et d'équilibre de recherche exploration/exploitation. Unedeuxième approche est une approche hybride, appelée CAOSA, basée sur l'hybridation deChaotic Aquila Optimization avec des algorithmes de recuit simulé. L'introduction de lacarte chaotique améliore la diversité de l'optimisation Aquila (AO), tandis que l'algorithmede recuit simulé (SA) est appliqué comme algorithme de recherche locale pour améliorer larecherche d'exploitation de l'algorithme AO traditionnel. Enfin, l'autonomie et l'efficacitédu drone sont abordées dans une autre application importante, qui est le problème de placement du drone. La question du placement de l'UAV repose sur la recherche de l'emplacementoptimal du drone qui satisfait à la fois la couverture du réseau et la connectivité tout entenant compte de la limitation de l'UAV en termes d'énergie et de charge. Dans ce contexte, nous avons proposé un hybride efficace appelé IMRFO-TS, basé sur la combinaisonde l'amélioration de l'optimisation de la recherche de nourriture des raies manta, qui intègreune stratégie de contrôle tangentiel et d'algorithme de recherche taboue
The subject of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has become a promising study field in bothresearch and industry. Due to their autonomy and efficiency in flight, UAVs are considerablyused in various applications for different tasks. Actually, the autonomy of the UAVis a challenging issue that can impact both its performance and safety during the mission.During the flight, the autonomous UAVs are required to investigate the area and determineefficiently their trajectory by preserving their resources (energy related to both altitude andpath length) and satisfying some constraints (obstacles and axe rotations). This problem isdefined as the UAV path planning problem that requires efficient algorithms to be solved,often Artificial Intelligence algorithms. In this thesis, we present two novel approachesfor solving the UAV path planning problem. The first approach is an improved algorithmbased on African Vultures Optimization Algorithm (AVOA), called CCO-AVOA algorithms,which integrates the Chaotic map, Cauchy mutation, and Elite Opposition-based learningstrategies. These three strategies improve the performance of the original AVOA algorithmin terms of the diversity of solutions and the exploration/exploitation search balance. Asecond approach is a hybrid-based approach, called CAOSA, based on the hybridization ofChaotic Aquila Optimization with Simulated Annealing algorithms. The introduction of thechaotic map enhances the diversity of the Aquila Optimization (AO), while the SimulatedAnnealing (SA) algorithm is applied as a local search algorithm to improve the exploitationsearch of the traditional AO algorithm. Finally, the autonomy and efficiency of the UAVare tackled in another important application, which is the UAV placement problem. Theissue of the UAV placement relays on finding the optimal UAV placement that satisfies boththe network coverage and connectivity while considering the UAV's limitation from energyand load. In this context, we proposed an efficient hybrid called IMRFO-TS, based on thecombination of Improved Manta Ray Foraging Optimization, which integrates a tangentialcontrol strategy and Tabu Search algorithms

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Rojas-Ramirez, Belem Isabel. "Modeling and control of aerial vehicles using teleoperation with input delay." Thesis, Compiègne, 2020. http://www.theses.fr/2020COMP2568.

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Abstract:

Les UAVs suscitent un intérêt croissant de la part de l’industrie et des universités en raison de leur large application dans la recherche et le sauvetage, l’inspection des infrastructures, la surveillance, entre autres. Cette thèse se concentre sur la recherche dans le domaine des systèmes de téléopération pour véhicules quadrirotor. Tout au long de cette thèse, un système de téléopération pour un véhicule quadrirotor a été développé. Dans ce système, l’interface utilisateur est basée sur une approche de téléprésence virtuelle. Des algorithmes de contrôle ont été développés et mis en œuvre dans les systèmes maître et esclave. La première partie de cette thèse consiste à développer des modèles mathématiques de la dynamique d’un avion quadrotor. La plupart des travaux actuellement trouvés dans la littérature pour les quadrotors sont basés sur des approches classiques telles que les angles d’Euler. Ces représentations peuvent conduire à des problèmes tels que des discontinuités, des singularités, des verrous à cardan et des équations hautement non linéaires. Une alternative à ces représentations classiques sont les quaternions unitaires. Ceux-ci présentent les avantages du manque de singularités et d’effets de verrouillage de la nacelle. La deuxième partie de ce travail a été consacrée au développement d’un système de téléopération à quatre rotors. Ce système se compose d’une interface utilisateur virtuelle dans un environnement local et d’un quadrotor dans un environnement distant. Une communication UDP a été utilisée pour communiquer les deux environnements. L’utilisateur manipule un drone virtuel dans l’environnement local et un vrai drone suit les références de position et d’orientation dans un environnement distant. L’utilisateur reçoit un retour virtuel sur les états du véhicule réel dans l’environnement virtuel. Les résultats de la mise en œuvre du système de téléopération proposé en temps réel sont présentés. La dernière partie de cette thèse aborde le problème des retards dans le système de téléopération. Les retards dus à la latence du système et à la distance entre les environnements ont été modélisés comme une entrée de commande retardée. Ensuite, un contrôleur basé sur des prédicteurs a été développé afin de maintenir la stabilité du vol d’un drone. Cette approche a été appliquée au modèle classique d’Euler-Lagrange et au modèle basé sur les quaternions afin d’analyser les performances. Des simulations des deux modèles avec des entrées retardées sont présentées
Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are receiving increasing interest from industry and academia due to their wide application in search and rescue, infrastructure inspection, surveillance, among others. This thesis focuses on research in the area of teleoperation systems for quadrotor vehicles. Throughout this thesis, a teleoperation system for a quadrotor vehicle was developed. In this system, the user interface is based on a virtual telepresence approach. Control algorithms were developed and implemented within the master and slave systems. The first part of this thesis consists of developing mathematical models of the dynamics of a quadrotor aircraft. Most works currently found in the literature for quadrotors are based on classical approaches such as Euler angles. These representations can lead to problems such as discontinuities, singularities, gimbal-locks, and highly non-linear equations. An alternative to these classical representations are unit quaternions. These have the advantages of the lack of singularities and gimbal lock effects. The second part of this work was dedicated to the development of a quadrotor teleoperation system. This system consists of a virtual user interface in a local environment and a quadrotor in a remote environment. A User Datagram Protocol (UDP) communication was used to communicate both environments. The user manipulates a virtual drone in the local environment and a real drone follows the position and orientation references in a remote environment. The user receives virtual feedback on the states of the real vehicle in the virtual environment. Results of the implementation of the proposed teleoperation system in real time are presented. The last part of this thesis addresses the delay problem in the teleoperation system. Delays due to system latency and the distance between environments were modeled as a delayed control input. Then, a predictor-based controller was developed in order to maintain the stability of a drone’s flight. This approach was applied to the classical Euler- Lagrange model and to the quaternion-based model in order to analyze performance. Simulations of both models with delayed inputs are presented

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Daakir, Mehdi. "Localisation absolue centimétrique par photogrammétrie aéroportée et GPS embarqués sur drone." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1223/document.

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Abstract:

Au cours de la dernière décennie, les drones ont été largement utilisés dans les domaines des applications civiles. La photogrammétrie aéroportée a trouvé place dans ces applications comme une solution efficace de modélisation 3D mais aussi comme un outil de mesure. Vinci-Construction-Terrassement est une entreprise privée spécialisée dans le secteur des Travaux Publics qui intègre les drones et la photogrammétrie comme une solution de cartographie et de métrologie de ses chantiers. Cet outil est très efficace, par exemple, pour le calcul des volumes de stocks ou pour le suivi temporel de zones spécifiques avec un risque de glissement de terrain. Le but de ce travail est d’arriver à un géo-référencement direct des images acquises par la caméra lors du vol en s’appuyant uniquement sur un récepteur GPS embarqué. Le système utilisé doit être de faible coût et par conséquent le traitement des données est adapté à cette contrainte
Over the last decade, drones have been largely used for civil applications. Airborne photogrammetry has found place in these applications as a modeling and a measuring tool. Vinci-Construction-Terrassement is a private company of public building and works sector that integrates drones and photogrammetry as a mapping solution and metrology investigation on its sites. This tool is very efficient for the calculation of stock volumes for instance, or for time tracking of specific areas with risk of landslides. The aim of the present work is to do direct georeferencing of images acquired by the camera leaning on an embedded GPS receiver. The UAS used needs to be low cost and therefore data processing is adapted to this constraint

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Gong, Songchenchen. "Real-time implementation of counting people in a crowd on the embedded reconfigurable architecture on the unmanned aerial vehicle." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://www.theses.fr/2020UBFCK036.

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Abstract:

Le comptage des foules est un sujet de recherche important. De nos jours, la population est de plus en plus préoccupée par les problèmes de sécurité. Lorsque la densité de population atteint des pics élevés, les systèmes de comptage se mettent en route et analyse les foules, afin de réorienter le surplus de personnes lorsque le seuil normal est dépassé. Avec ce genre de système, le piétinement du nouvel an de Shanghai ne se reproduirait plus. Actuellement, le comptage de population rencontre deux problèmes majeurs : l’analyse des foules dans les zones à forte densité de population, ou comment faire pour que le modèle distingue le plus finement possible les caractéristiques d’une tête humaine d’une part; et comment trouver une caractéristique de tête dans une image avec une large gamme de densité de population d’autre part. L’aspect le plus critique pour cette analyse est l’impossibilité d’installer un système de vidéosurveillance intelligent dans certains lieux publics. Dans ces conditions, comment pourrions-nous estimer la densité de population dans ces zones afin d’éviter de futurs accidents ? Face à ces défis, nous proposons la mise en œuvre d’une architecture embarquée reconfigurable en temps réel pour le comptage des personnes dans les zones de regroupement. Premièrement, notre travail intègre les fonctionnalités de HOG et LBP, qui non seulement combinent les informations d’identifications de multiples caractéristiques, mais également la plupart des informations redondantes, réalisant ainsi une compression efficace des informations, économisant ainsi de l’espace mémoire pour le stockage des données. Pour le comptage de personnes dans une foule, nous utilisons plusieurs sources d’informations, à savoir HOG, LBP et le filtrage de CANNY. Ces sources fournissent des estimations distinctes du nombre de personnes comptées et d’autres mesures statistiques de classification, par le biais du vecteur de support machine SVM. Dans le même temps, afin de résoudre efficacement le problème d’extraction des fonctionnalités liées à l’échelle dans le comptage de foules, nous proposons un nouveau environnement M-MCNN basé sur MCNN utilisé pour le comptage de foules sur une seule image. M-MCNN contient non seulement les trois colonnes originales des réseaux de neurones convolutionnels avec différentes tailles de filtres, mais aussi remplace les couches entièrement connectées par une couche convolutionnelle de filtre 1*1, de sorte que l’image d’entrée du modèle peut être de n’importe quelle taille. De plus, pour un échantillon individuel, nous améliorons considérablement l’apprentissage des caractéristiques de l’échantillon en extrayant les caractéristiques de texture d’une seule tête humaine et mieux l’utiliser pour les jeux de données. Enfin, nous implémentons notre nouveau framework M-MCNN sur un FPGA et l’installons sur un drone pour estimer et prévoir la zone de foule à haute densité en temps réel. Notre modèle a obtenu de bons résultats en comptage de personnes dans une foule
The crowd counting task is an important research problem. Now more and more people are concerned about safety issues. Considering the scenario of a crowded scene: a population density system analyzes the crowds and triggers a warning to divert the crowds when their population density exceeds a normal range. With such a system, the incident of the Shanghai New Year's stampede will not happen again. The most difficult problem of population counting at present: On the one hand, in the densely populated area, how to make the model distinguish human head features more finely, such as head overlap. The second aspect is to find a small-scale local head feature in an image with a wide range of population density. The most critical aspect, in some public places, is that we can not install an intelligent video surveillance system. So how do we estimate the high-density crowd area to avoid crowd trampling accidents? Facing these challenges, we propose implementation of real time reconfigurable embedded architecture for people counting in a crowd area. First, our work integrates the features of HOG and LBP, which not only combines the effective identification information of multiple features, but also eliminates most of the redundant information, thereby realizing effective compression of information, saving information storage space. Then, in terms of crowd counting, we use multiple sources of information, namely HOG, LBP and CANNY based filtering. These sources provide separate estimates of the number of counts and other statistical measures, through the support vector Machine SVM, classification. At the same time, in order to effectively solve the problem of extracting scale-related features in crowd counting. We propose a new framework M-MCNN based on MCNN for crowd counting on any single image. M-MCNN not only contains the original three columns of convolutional neural networks with different filter sizes, but replaces the fully connected layers with a convolutional layer of 1*1 filters, so the input image of the model can be of any size. Moreover, in a single individual sample, we greatly improve the learning of sample features by extracting the texture features of a single human head , and better use it for datasets. Finally, we implement our new framework M-MCNN through FPGA, and transplant it on the drone to estimate and predict the high-density crowd area in real time. Our model achieved good results in crowd counting

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Li, Zhongmou. "Theoretical developments and experimental evaluation of a novel collaborative multi-drones grasping and manipulation system Zof large objects." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2021. http://www.theses.fr/2021ECDN0019.

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Cette thèse propose un nouveau concept de robot de manipulation aérienne appelé Flying Gripper. Ce robot est un manipulateur aérien, destiné à la saisie, la manipulation et le transport de grands objets de manière autonome. Le robot Flying Gripper est composé de quatre quadrotors, de quatre doigts auto-adaptatifs et d'un châssis. Les principaux apports de ces travaux sont: (1) un concept mécanique original reposant sur l'utilisation de plusieurs quadrotors et tirant parti de la rotation en lacet des quadrotors pour actionner un mécanisme de préhension auto-adaptatif et intrinsèquement sûr (2) une méthode pour analyser des torseurs disponibles en tenant compte des contraintes d'égalité et d'inégalité imposées par les limites d'actionnement, les butées mécaniques et les relations d'équilibre; (3) une commande prédictive permettant de manipuler l'objet saisie avec une masse, des inerties et un centre de masse inconnus; (4) un algorithme d'allocation de contrôle dynamique pour la distribution de l'effort de contrôle, de manière à optimiser l'efficacité énergétique et à assurer la continuité de la commande, en considérant les limites mécaniques du robot.Des simulations numériques et des tests expérimentaux ont été effectués pour valider les performances du contrôleur
This thesis proposes a new concept of aerial manipulation robot named Flying Gripper that is intended to perform grasping, manipulating, and transporting of large objects autonomously. The Flying Gripper robot is composed of four quadrotors, four self-adaptive fingers and a body structure. The main contributions of these works are: (1) an original mechanical concept using multiple quadrotors to obtain full manipulability in SE(3) and taking advantage of their yaw rotations to actuate a self-adaptive and intrinsically safe grasping mechanism; (2) a wrench capability analysis method taking into account the equality and inequality constraints imposed by actuation limits, mechanical stops and equilibrium relations; (3) a model predictive controller to deal with unknown mass, inertia and center of mass due to the grasped object; (4) a Dynamic Control Allocation algorithm to distribute the control output in a way that guarantees the continuity of actuator's velocity, improves the energy efficiency and satisfies the robot mechanical limits.Numerical simulations and experimental tests have been carried out to validate the controller performances

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Mercado-Ravell, Diego Alberto. "Autonomous navigation and teleoperation of unmanned aerial vehicles using monocular vision." Thesis, Compiègne, 2015. http://www.theses.fr/2015COMP2239/document.

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Abstract:

Ce travail porte, de façon théorétique et pratique, sur les sujets plus pertinents autour des drones en navigation autonome et semi-autonome. Conformément à la nature multidisciplinaire des problèmes étudies, une grande diversité des techniques et théories ont été couverts dans les domaines de la robotique, l’automatique, l’informatique, la vision par ordinateur et les systèmes embarques, parmi outres.Dans le cadre de cette thèse, deux plates-formes expérimentales ont été développées afin de valider la théorie proposée pour la navigation autonome d’un drone. Le premier prototype, développé au laboratoire, est un quadrirotor spécialement conçu pour les applications extérieures. La deuxième plate-forme est composée d’un quadrirotor à bas coût du type AR.Drone fabrique par Parrot. Le véhicule est connecté sans fil à une station au sol équipé d’un système d’exploitation pour robots (ROS) et dédié à tester, d’une façon facile, rapide et sécurisé, les algorithmes de vision et les stratégies de commande proposés. Les premiers travaux développés ont été basés sur la fusion de donnés pour estimer la position du drone en utilisant des capteurs inertiels et le GPS. Deux stratégies ont été étudiées et appliquées, le Filtre de Kalman Etendu (EKF) et le filtre à Particules (PF). Les deux approches prennent en compte les mesures bruitées de la position de l’UAV, de sa vitesse et de son orientation. On a réalisé une validation numérique pour tester la performance des algorithmes. Une tâche dans le cahier de cette thèse a été de concevoir d’algorithmes de commande pour le suivi de trajectoires ou bien pour la télé-opération. Pour ce faire, on a proposé une loi de commande basée sur l’approche de Mode Glissants à deuxième ordre. Cette technique de commande permet de suivre au quadrirotor de trajectoires désirées et de réaliser l’évitement des collisions frontales si nécessaire. Etant donné que la plate-forme A.R.Drone est équipée d’un auto-pilote d’attitude, nous avons utilisé les angles désirés de roulis et de tangage comme entrées de commande. L’algorithme de commande proposé donne de la robustesse au système en boucle fermée. De plus, une nouvelle technique de vision monoculaire par ordinateur a été utilisée pour la localisation d’un drone. Les informations visuelles sont fusionnées avec les mesures inertielles du drone pour avoir une bonne estimation de sa position. Cette technique utilise l’algorithme PTAM (localisation parallèle et mapping), qui s’agit d’obtenir un nuage de points caractéristiques dans l’image par rapport à une scène qui servira comme repère. Cet algorithme n’utilise pas de cibles, de marqueurs ou de scènes bien définies. La contribution dans cette méthodologie a été de pouvoir utiliser le nuage de points disperse pour détecter possibles obstacles en face du véhicule. Avec cette information nous avons proposé un algorithme de commande pour réaliser l’évitement d’obstacles. Cette loi de commande utilise les champs de potentiel pour calculer une force de répulsion qui sera appliquée au drone. Des expériences en temps réel ont montré la bonne performance du système proposé. Les résultats antérieurs ont motivé la conception et développement d’un drone capable de réaliser en sécurité l’interaction avec les hommes et les suivre de façon autonome. Un classificateur en cascade du type Haar a été utilisé pour détecter le visage d’une personne. Une fois le visage est détecté, on utilise un filtre de Kalman (KF) pour améliorer la détection et un algorithme pour estimer la position relative du visage. Pour réguler la position du drone et la maintenir à une distance désirée du visage, on a utilisé une loi de commande linéaire
The present document addresses, theoretically and experimentally, the most relevant topics for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in autonomous and semi-autonomous navigation. According with the multidisciplinary nature of the studied problems, a wide range of techniques and theories are covered in the fields of robotics, automatic control, computer science, computer vision and embedded systems, among others. As part of this thesis, two different experimental platforms were developed in order to explore and evaluate various theories and techniques of interest for autonomous navigation. The first prototype is a quadrotor specially designed for outdoor applications and was fully developed in our lab. The second testbed is composed by a non expensive commercial quadrotor kind AR. Drone, wireless connected to a ground station equipped with the Robot Operating System (ROS), and specially intended to test computer vision algorithms and automatic control strategies in an easy, fast and safe way. In addition, this work provides a study of data fusion techniques looking to enhance the UAVs pose estimation provided by commonly used sensors. Two strategies are evaluated in particular, an Extended Kalman Filter (EKF) and a Particle Filter (PF). Both estimators are adapted for the system under consideration, taking into account noisy measurements of the UAV position, velocity and orientation. Simulations show the performance of the developed algorithms while adding noise from real GPS (Global Positioning System) measurements. Safe and accurate navigation for either autonomous trajectory tracking or haptic teleoperation of quadrotors is presented as well. A second order Sliding Mode (2-SM) control algorithm is used to track trajectories while avoiding frontal collisions in autonomous flight. The time-scale separation of the translational and rotational dynamics allows us to design position controllers by giving desired references in the roll and pitch angles, which is suitable for quadrotors equipped with an internal attitude controller. The 2-SM control allows adding robustness to the closed-loop system. A Lyapunov based analysis probes the system stability. Vision algorithms are employed to estimate the pose of the vehicle using only a monocular SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) fused with inertial measurements. Distance to potential obstacles is detected and computed using the sparse depth map from the vision algorithm. For teleoperation tests, a haptic device is employed to feedback information to the pilot about possible collisions, by exerting opposite forces. The proposed strategies are successfully tested in real-time experiments, using a low-cost commercial quadrotor. Also, conception and development of a Micro Aerial Vehicle (MAV) able to safely interact with human users by following them autonomously, is achieved in the present work. Once a face is detected by means of a Haar cascade classifier, it is tracked applying a Kalman Filter (KF), and an estimation of the relative position with respect to the face is obtained at a high rate. A linear Proportional Derivative (PD) controller regulates the UAV’s position in order to keep a constant distance to the face, employing as well the extra available information from the embedded UAV’s sensors. Several experiments were carried out through different conditions, showing good performance even under disadvantageous scenarios like outdoor flight, being robust against illumination changes, wind perturbations, image noise and the presence of several faces on the same image. Finally, this thesis deals with the problem of implementing a safe and fast transportation system using an UAV kind quadrotor with a cable suspended load. The objective consists in transporting the load from one place to another, in a fast way and with minimum swing in the cable

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Appelgren, Herman, Marcus Elander, Maya Fogelberg, Ludvig Fors, Daniel Myrén, Henrik Nilsson, and Arvid Sundqvist. "Drone Interactive Map : Ett lättanvänt system för kartläggning med drönare." Thesis, Linköpings universitet, Institutionen för datavetenskap, 2020. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-166760.

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Denna rapport handlar om sju studenters kandidatarbete som utfördes i kursen TDDD96 - Kandidatprojekt i programvaruutveckling vid Linköpings universitet under våren 2020. Målet med projektet var att utveckla en webbapplikation som visar en karta, där användaren kan styra drönare genom att specificera ett område på denna karta. Drönarna tar flygfoton över området som sedan visas på kartan. Resultatet blev en fungerande produkt för demonstrationssyften, en teknisk beskrivning av produkten och en användarmanual. Rapporten innehåller även sju individuella delar som ger en fördjupning inom olika delområden av projektet.

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Lallement, Raphael. "Symbolic and Geometric Planning for teams of Robots and Humans." Thesis, Toulouse, INSA, 2016. http://www.theses.fr/2016ISAT0010/document.

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La planification HTN (Hierarchical Task Network, ou Réseau Hiérarchique de Tâches) est une approche très souvent utilisée pour produire des séquences de tâches servant à contrôler des systèmes intelligents. Cette thèse présente le planificateur HATP (Hierarchical Agent-base Task Planner, ou Planificateur Hiérarchique centré Agent) qui étend la planification HTN classique en enrichissant la représentation des domaines et leur sémantique afin d'être plus adaptées à la robotique, tout en offrant aussi une prise en compte des humains. Quand on souhaite générer un plan pour des robots tout en prenant en compte les humains, il apparaît que les problèmes sont complexes et fortement interdépendants. Afin de faire face à cette complexité, nous avons intégré à HATP un planificateur géométrique apte à déduire l'effet réel des actions sur l'environnement et ainsi permettre de considérer la visibilité et l'accessibilité des éléments. Cette thèse se concentre sur l'intégration de ces deux planificateurs de nature différente et étudie comment par leur combinaison ils permettent de résoudre de nouvelles classes de problèmes de planification pour la robotique
Hierarchical Task Network (HTN) planning is a popular approach to build task plans to control intelligent systems. This thesis presents the HATP (Hierarchical Agent-based Task Planner) planning framework which extends the traditional HTN planning domain representation and semantics by making them more suitable for roboticists, and by offering human-awareness capabilities. When computing human-aware robot plans, it appears that the problems are very complex and highly intricate. To deal with this complexity we have integrated a geometric planner to reason about the actual impact of actions on the environment and allow to take into account the affordances (reachability, visibility). This thesis presents in detail this integration between two heterogeneous planning layers and explores how they can be combined to solve new classes of robotic planning problems

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Dissertations / Theses on the topic 'Aerial drones'

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