Contrôle commande d'un robot ultra léger gonflable à actionneurs pneumatiques textiles
Auteur / Autrice : | Juan Miguel Alvarez-Palacio |
Direction : | Etienne Balmès, Nazih Mechbal |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Informatique-traitement du signal (AM) |
Date : | Soutenance le 10/03/2020 |
Etablissement(s) : | Paris, HESAM |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) |
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....) | |
Equipe de recherche : Laboratoire d'intégration des systèmes et des technologies (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2001-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Fethi Ben Ouezdou |
Examinateurs / Examinatrices : Etienne Balmès, Nazih Mechbal, Faïz Ben Amar, Hélène Chanal, Eric Monteiro, Alain Riwan | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Faïz Ben Amar, Hélène Chanal |
Mots clés
Résumé
Ce travail de thèse concerne la modélisation et commande d’un bras ultra léger gonflable, actionné par des vérins pneumatiques textiles. Depuis quelques années, le Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Renouvelables (CEA), en partenariat avec l’entreprise Warein SAS, développent un concept innovant de bras robotisé gonflable pour l’inspection en milieu contraint, dont tous les composants de la structure, y compris les actionneurs, sont fait en tissu. La contrainte de légèreté impose des nouveaux défis qui ont des conséquences sur le contrôle commande : les actionneurs utilisés n’ont jamais été étudiés ni caractérisés, les capteurs articulaires utilisés traditionnellement en robotique ne sont pas adaptés à ce type de structure, les capteurs de pression sont éloignés des actionneurs, et le caractère non linéaire des circuits pneumatiques ainsi que les flexibilités de la structure complexifient la commande de la position de l’organe terminale du robot. La première contribution de cette thèse est liée à la modélisation et la caractérisation des actionneurs utilisés, en confrontant une approche analytique et numérique basée sur des simulations par éléments finis, avec des résultats expérimentaux. La deuxième contribution concerne la proposition d’un capteur articulaire, basée sur l’utilisation d’un réseau de centrales inertielles placées sur chaque segment du bras. Dans ce cadre, une méthode d’estimation d’orientation relative entre deux repères a été proposée en utilisant le formalisme des quaternions. Finalement, la commande d’une des articulations du robot est réalisée avec l’implémentation d’une commande par modes glissants. Ces résultats ouvrent des nouvelles perspectives dans l’instrumentation et le contrôle de robots intrinsèquement sûrs, qui pourront avoir un grand impact non seulement dans la robotique d’inspection mais aussi dans l’interaction avec l’humain.