Control of an anthropomorphic arm-hand robot for grasping and dexterous manipulation

par Kien Cuong Nguyen

Thèse de doctorat en Robotique

Sous la direction de Véronique Perdereau.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Contrôle d'un robot anthropomorphe bras-main pour la saisie et la manipulation habile


  • Résumé

    Cette thèse traite du contrôle d’un système bras-main anthropomorphique robotisé en se concentrant sur deux aspects : le contrôle en force en bout de doigts et la coordination entre bras et main. Le contrôle en force d’un doigt reste difficile à cause de sa petite taille, sa faible bande passante, ses encodeurs peu précis et un jeu important dans la transmission mécanique. Ces difficultés empêchent les approches classiques d’avoir de bonnes performances sur ce système. Une nouvelle approche de contrôle de l’effort en bout de doigts en ajustant le couple maximum des contrôleurs en position des articulations a montré de meilleures performances sur ce système. Non limitée au contrôle en effort pur, cette approche peut aussi être généralisée au contrôle hybride position/force et au contrôle indirect d’effort. Souvent négligé dans la littérature, la position et le mouvement du bras joue, en fait, un rôle important dans les tâches de manipulation fine. L’utilisation de celui-ci pour tourner un objet saisi dans la main sous l’effet inertiel et gravitationnel est un exemple typique. Le bras contribue aussi aux gestes naturels de saisie lors de l’approche. Dans cette thèse, le mouvement d'un objet saisi sous l'effet de pesanteur a été analysé et une stratégie de saisie a été élaborée. En plus, des contraintes mécaniques (effet ténodèse en particulier) contribuant aux gestes naturels de saisies ont été déchiffrées. Ces gestes naturels ont été reproduits sur un système bras-main anthropomorphique robotisé dans des situations de saisie avec redondance.


  • Résumé

    This thesis deals with the control of an anthropomorphic arm-hand robot by focusing on two aspects: the control of the fingertip force and the coordination between the arm and the hand. The force control of a robotic finger remains difficult despite the advances in current state-of-art. This is due to the small size of the finger, its low communication bandwidth, the lack of precision of the position sensors and the significant backlash in the actuation systems. A new approach controlling the fingertip force by adjusting the joint torque saturation parameter shows better results. Not limited to pure force control, this control method is proved to also have good performance when applying to indirect and hybrid position/force control. Usually ignored in literature while considering dexterous manipulation, the position and movement of the arm play a very important role. Many in-hand manipulation tasks cannot be realized without a proper movement of the arm. One typical example is the rotation of the manipulated object relative to the palm without moving the fingers thanks to inertial and gravitational effects. Besides, arm movement is also an important factor contributing to the appearance of the grasping gestures. In this thesis, the movement of the grasped object under gravitational effect was analyzed and a grasping strategy was elaborated. In addition to this, some mechanical constraints (tenodesis effect in particular) contributing to the human natural gestures were deciphered and such natural gestures were reproduced on an anthropomorphic arm-hand robot in redundant grasping situations.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-159 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.151-158

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