Exploitation du Retour de Force pour l'Estimation et le Contrôle des Robots Marcheurs

Exploitation of Force Feedback for the Estimation and Control of Walking Robots

• Auteur / Autrice : Thomas Flayols
• Direction : Olivier Stasse, Andrea Del Prete
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique et informatique
• Date : Soutenance le 12/10/2018
• 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 : Nicolas Mansard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Stasse, Andrea Del Prete, Eiichi Yoshida, Ludovic Righetti, Vincent Padois, Pierre-Brice Wieber
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eiichi Yoshida, Ludovic Righetti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots mobiles

Commande, Théorie de la

Commande prédictive

Mots clés libres

Estimation

Contrôle corps complet

Commande en couple

Commande prédictive

Commande optimale

Générateur de marche

Contact flexible

Estimation

Whole body control

Torque control

Predictive control

Optimal control

Walking pattern generator

Flexible contact

Résumé

Dans cette thèse, on s’intéresse à la commande des robots marcheurs. Contrôler ces systèmes naturellement instables, de dynamique non linéaire, non convexe, de grande dimension, et dépendante des contacts représente un défi majeur en robotique mobile. Les approches classiques formulent une chaîne de contrôle formée d’une cascade de sous problèmes tels que la perception, le planning, la commande du corps complet et l’asservissement articulaire. Les contributions rapportées ici ont toutes pour but d’introduire une rétroaction au niveau de la commande du corps complet ou du planning. Précisément, une première contribution technique est la formulation et la comparaison expérimentale de deux estimateurs de la base du robot. Une seconde contribution est l’implémentation d’un contrôleur par dynamique inverse pour contrôler en couple le robot HRP-2. Une variante de ce contrôleur est aussi formulée et testée en simulation pour stabiliser un robot en contact flexible avec son environnement. Finalement un générateur de marche par commande pré-dictive et couplé à un contrôleur corps complet est présenté.

In this thesis, we are interested in the control of walking robots. Controlling these naturally unstable, non-linear, non-convex, large and contact-dependent systems is a major challenge in mobile robotics. Traditional approaches formulate a chain of control formed by a cascade of sub-problems such as perception, planning, full body control and joint servoing. The contributions reported here are all intended to provide state feedback at the whole body control stage or at the planning stage. Specifically, a first technical contribution is the formulation and experimental comparison of two estimators of the robot base. A second contribution is the implementation of a reverse dynamic controller to control the HRP-2 robot in torque. A variant of this controller is also formulated and tested in simulation to stabilize a robot in flexible contact with its environment. Finally, a predictive control operation generator coupled to a whole body controller is presented.