Plate-forme robotique et auto-reconfigurable basée sur un aimant électro-permanent simplifié

A distributed modular self-reconfiguring robotic platform based on simplified electro-permanent magnets

• Auteur / Autrice : Li Zhu
• Direction : Didier El Baz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, Télécoms, Systèmes et Architecture
• Date : Soutenance le 16/02/2018
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes intelligents

Robotique

Traitement réparti

Mots clés libres

Calcul distribué

Robot modulaire

Système intelligent

Résumé

Un système robotique distribué et reconfigurable (MSRR) est composé de plusieurs modules ayant certaines fonctions de mouvement, de perception et d'action. Ils peuvent s'adapter à l'environnement et aux objectifs en se connectant et en se déconnectant pour obtenir la configuration et la forme désirées. Les MSRR contiennent souvent deux systèmes : l'un constitué d'actionneurs pour le mouvement, l'autre pour la connexion. A l'heure actuelle, de nombreuses institutions travaillent sur les MSRR ; la conception, la miniaturisation, l'économie d'énergie, les algorithmes de contrôle ont fait l'objet de recherches dans ce domaine. Cependant, il existe peu d'études conjointes sur le matériel et les algorithmes correspondants. Cette thèse décrit la conception, la fabrication, les résultats expérimentaux, l'algorithmique distribuée et un simulateur d'une plate-forme MSRR. En nous appuyant sur le calcul et la simulation numérique, nous présentons un aimant électro-permanent simplifié (SEP) qui ne consomme pas d'énergie lorsque le module est connecté à un autre module. Un nouveau concept de moteur linéaire basé sur les SEP est également proposé. Ensuite, nous présentons DILI, un MSRR cubique, de longueur 1,5cm. Le module DILI peut coulisser sur une surface plane, la vitesse maximale pouvant atteindre 20mm/s. Avec le nouvel actionneur, DILI peut réaliser les fonctions de mouvement et de connexion. Un module DILI peut se connecter avec quatre autres modules. Enfin, un algorithme distribué est proposé et un simulateur est conçu pour permettre de simuler le système distribué, de tester et valider les algorithmes distribués.

A distributed modular self-reconfiguring robotic (MSRR) system is composed of many repeated basic modules with certain functions of motion, perception, and actuation. They can adapt to environment and goals by connecting and disconnecting to achieve the desired configuration and shape. MSRRs often contain two hardware systems: one is for actuation (motion), another one is for connection. At present time many institutions work on MSRRs; structural design, miniaturization, energy saving, control algorithms have been the focus of research in this area. However, only a few of them work on both the hardware and the corresponding algorithms. This thesis describes the design, fabrication, experimental results, distributed algorithm, and simulator of a MSRR platform. Via theoretical calculation and numerical simulation, we present the simplified electro-permanent (SEP) magnet which can change the magnetic field direction and does not require energy consumption while connected. A new concept of linear motor based on SEP is proposed. Then we construct DILI, a cubical MSRR, the length of each module is 1.5cm. DILI module can slide on a flat surface; the maximum speed can reach 20mm/s. With the new actuator, DILI can achieve the functions of motion and connection with only one system inside. Finally, a distributed algorithm is proposed in order to build a smart conveyor, and a simulator is designed that permits one to perform distributed simulations, test and validate distributed algorithms.