Torse biofidèle pour le robot ROBIAN : analyse et conception basées sur l'équivalence dynamique des systèmes

A biologically-faithful torso mecanisme for the robot ROBIAN : analysis and design based on dynamique equivalence between mecanisms

• Auteur / Autrice : Bachar Mohamed
• Direction : Fethi Ben Ouezdou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes mécaniques articulés

Optimisation des structures

Robots mobiles

Dynamique

Robots humanoïdes

Résumé

Le projet robian a comme objectif la realisation d'une plateforme experimentale bipede dediee a la comprehension du phenomene complexe de la locomotion chez l'homme. Une marche dynamique est recherchee dans le cadre de ce projet. Le travail presente concerne l'analyse et la conception d'un torse biofidele du robot robian. Apres presentation du projet robian donnee au debut de ce manuscrit, une etude bibliographique a l'echelle internationale des travaux de recherche dans ce domaine est ensuite developpee. L'approche novatrice utilisee pour la conception du torse de robian est basee sur la notion d'equivalence dynamique entre deux systemes mecaniques. En effet, nous recherchons un mecanisme simple capable de reproduire le comportement dynamique d'un modele du torse humain qui est dans notre cas la partie superieure d'un mannequin virtuel effectuant une marche tridimensionnelle issue d'enregistrements sur un sujet sain. Cette approche est detaillee et appliquee a une serie de mecanismes ayant 2, 3 et 4 ddl pour arriver au resultat suivant : un mecanisme ayant 4 ddl est necessaire et suffisant afin d'assurer l'equivalence dynamique avec le modele utilise du torse humain pendant une allure de marche. Une analyse structurelle a abouti au choix d'un mecanisme de type r3p pour le torse de robian. Deux procedures d'optimisation ont permis l'elaboration du cahier des charges de la conception de ce mecanisme. La validation experimentale du prototype du torse realisee a ete ensuite effectuee en verifiant l'apport dynamique du prototype sur l'appareil locomoteur de robian. Ces premiers resultats ont permis d'initier les essais sur des allures de marche dynamique du robot.

The objective of the robian project started in 2000 is the realization of a biped experimental platform dedicated to the comprehension of the human being locomotion complex phenomena. A dynamic walk of this robot is required within the framework of this project. The work presented in this manuscript relates to the analysis and the design of a biologically inspired torso for robian robot. The robian project is presented at the beginning of this manuscript. A bibliographical study on an international scale of the research tasks in this field is then carried out. The innovative approach used for the design of the robian torso is based on dynamic equivalence between two mechanical systems. Indeed, we look for a simple mechanism able to reproduce the dynamic behavior of a model of the human torso, which is in our case the upper part of a virtual mannequin carrying out a three-dimensional walk resulting from motion recordings on a healthy subject. This approach is detailed and applied to a set of mechanisms having 2, 3 and 4 dofs leading to the following result: a mechanism having 4 dofs is necessary and sufficient in order to ensure dynamic equivalence with the model used of the human torso during a walking gait. A structural analysis allowed the choice of an r3p mechanism for the torso of robian. Two optimization procedures allowed the development of the design schedule of this mechanism. The experimental validation of the constructed torso prototype was then carried out by checking the dynamic contribution of the prototype on the locomotor apparatus of robian. These experimental results made it possible to initiate the tests on dynamic walking patterns.