An integrated agent-based framework for simulation and testing of quadcopters

Nowadays, rotary-wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are facing challenging tasks across any civil applications and therefore this has raised the interest in the development of new designing tools. The purpose of the thesis is to implement a flexible framework for simulation and testing of the Parrot Bebop 2, which will be used in research and teaching activities in the context of the MEECOD project (CentraleSupélec). The platform was created based on MATLAB /Simulink, Robot operating system (ROS) and Sphinx/Gazebo with the aim of obtaining a modular architecture to experimentally test the behavior of the quadcopter. A streamline transition from virtual to real world is the core idea to ensure safeness and reliability of the applied autonomous strategies. Moreover, the proposed framework offers the possibility to simulate and test high level off-board algorithms running on the same control hardware, only by changing the Internet Protocol (IP) address from the virtual Parrot Bebop 2 to the real one. Three control logics have been applied to compare the results in Sphinx/Gazebo and reality to assess the validity and effectiveness of the framework. The performance of the controllers was then analyzed on the proposed trajectories.

Al giorno d’oggi, i droni ad ala rotante senza pilota (UAVs) sono impiegati per sfide difficili in molte applicazioni civili, quindi l’interesse per nuovi strumenti di progettazione è cresciuto nel tempo. Lo scopo della tesi è quello di implementare un framework flessibile per la simulazione e la sperimentazione del drone Parrot Bebop 2, che verrà utilizzato in attività di ricerca e di insegnamento nell’ambito del progetto MEECOD (CentraleSupélec). La piattaforma è stata creata basandosi su MATLAB/Simulink, ROS e Sphinx/Gazebo, con l’obiettivo di ottenere un’architettura modulare per testare sperimentalmente il comportamento del quadricottero. L’idea centrale è quella di avere una transizione semplificata dal mondo virtuale a quello reale. Pertanto, il framework proposto offre la possibilità di simulare e testare algoritmi di alto livello implementabili off-board con lo stesso hardware di controllo, cambiando solamente l’indirizzo IP dal Parrot Bebop 2 virtuale a quello reale. Sono state applicate tre logiche di controllo per confrontare i risultati dati da Sphinx/Gazebo e dalle prove reali, con lo scopo di valutare la validità e l’efficacia del framework. Infine, le prestazioni dei controllori sono state analizzate utilizzando diverse traiettorie proposte.