Génération de mouvement en robotique mobile et humanoïde

Generation of motion in mobile and humanoid robotics

• Auteur / Autrice : Guilhem Saurel
• Direction : Jean-Paul Laumond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 03/10/2017
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] / LAAS
• Jury : Président / Présidente : Philippe Soueres
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Paul Laumond, Brigitte D'andrea-Novel, Christine Chevallereau, Michel Taix, Guy Caverot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Brigitte D'andrea-Novel, Christine Chevallereau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots humanoïdes

Robots mobiles

Robotique

Mots clés libres

Robotique

Mobile

Humanoide

Mouvement

Art

Robotics

Mobile

Humanoid

Motion

Art

Résumé

La génération de mouvements de locomotion en robotique mobile est étudiée dans le monde académique depuis plusieurs décennies. La théorie concernant la modélisation et le contrôle des robots à roues est largement mature. Cependant, la mise en œuvre effective de ces modèles dans des conditions réelles demande des études complémentaires. Dans cette thèse, nous présentons trois projets mettant en œuvre trois différents types de robots mobiles. Nous débutons dans chaque cas par une analyse sur les qualités recherchées d’un mouvement dans un contexte particulier, qu’il soit artistique ou industriel, et terminons par la présentation des architectures algorithmiques et logicielles mises en œuvre, notamment dans le cadre d’expositions de plusieurs mois, où le public est invité à partager l’espace d’évolution de robots. La réalisation de ces projets montre que certains choix technologiques semblant insignifiants au moment de la conception des robots sont déterminants dans les dernières étapes de la production. On peut extrapoler cette remarque depuis ces robots mobile à deux ou trois degrés de liberté vers des robots humanoïdes pouvant en avoir plusieurs dizaines. La stratégie classique qui consiste à concevoir, dans un premier temps, l’architecture mécatronique des robots humanoïdes, pour se poser ensuite la question de leur contrôle, atteint ses limites, comme le montrent par exemple la consommation énergétique et la difficulté d’obtenir des mouvements de marche dynamique sur ces robots, pourtant conçus dans le but de marcher. Dans une perspective globale de conception des robots marcheurs, nous proposons un système de codesign, où il est possible d’optimiser simultanément la conception mécanique et les contrôleurs d’un robot..

Generation of locomotion motions in mobile robotics has been studied in the academic world for several decades. The theory concerning the modeling and control of wheeled robots is largely mature. However, the actual implementation of these models in real conditions requires further studies. In this thesis, we present three projects using three different types of mobile robots. In each case, we begin with an analysis of the required qualities of a motion in a particular context, whether artistic or industrial, and end with the presentation of the algorithmic and software architectures implemented, particularly in the context of exhibitions of several months, where the public is invited to share the space of evolution of robots. The realization of these projects shows that some technological choices seem insignificant at the time of the design of the robots are decisive in the final stages of production. One can extrapolate this remark from these mobile robots with two or three degrees of freedom towards humanoid robots which can have several tens. The classical strategy of first designing the mechatronic architecture of humanoid robots and then raising the question of their control has reached its limits, as illustrated, for example, by their energy consumption and the difficulty to obtain dynamic walking motions on these robots, yet designed for the purpose of walking. From a global perspective of robot design, we propose a system of codesign, where it is possible to simultaneously optimize the mechanical design and the controllers of a robot. This system is firstly tested by various examples as proof of concept. It is then applied to the comparison of rigid and elastic actuators on different biped robots, then to the study of the impact of the stabilization of the head on the general stabilization of the body and finally to the design of a prototype of semi-passive walker.