Manipulation robotique d'objets déformables basée sur le modèle Cosserat

Robotic manipulation of deformable objects based on Cosserat model

• Auteur / Autrice : Azad Artinian
• Direction : Véronique Perdereau, Faïz Ben Amar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et Robotique
• Date : Soutenance le 01/02/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des systèmes intelligents et de robotique (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Youcef Mezouar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brahim Tamadazte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Duriez, Mathieu Grossard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande, Théorie de la

Estimation de paramètres

Déformations (mécanique)

Manipulateurs (mécanismes)

Robotique

Mots clés libres

Robotique

Objets déformables

Manipulation

Robotic

Manipulation

Deformable objects

Résumé

La manipulation d'objets déformables fait partie des tâches évidentes pour un être humain. Nous en manipulons tous les jours, que ce soient des habits, de la nourriture ou des accessoires. Même pour des objets que nous n'avons jamais vu auparavant, il est intuitif de savoir à l'avance comment l'objet va réagir et se déformer lorsqu'on le manipule. En voyant uniquement la géométrie, l'aspect et la texture d'un objet, et en se référant à nos expériences passées avec d'autres objets similaires, on peut très souvent prédire à l'avance la manière dont l'objet va se déformer sans même le toucher. De plus, il nous est très facile, avec un nombre réduit d'interactions avec un nouveau matériau, d'extrapoler et de déduire rapidement l'ensemble des actions à effectuer pour déformer l'objet spécifiquement. Les robots ne possèdent toutefois pas cette mémoire pour les aider à appréhender de nouvelles situations. Pour eux, il n'existe aucun lien évident entre les actions qu'ils effectuent sur un objet et la forme que prend celui-ci. Permettre aux robots de manipuler des objets déformables est donc un défi en robotique. Derrière l'apparente simplicité de la tâche, retranscrire ce lien que nous possédons intuitivement entre les actions effectuées et la forme d'un objet dans un langage compréhensible pour un robot est un problème complexe. Cependant, de nombreuses tâches impliquant de manipuler et de traiter des objets déformables bénéficieraient grandement de l'aide de robots, que ce soit dans les secteurs industriels, publics ou même dans la vie de tous les jours. Dans cette thèse, nous cherchons à faire avancer la recherche dans ce secteur en proposant une approche permettant à un robot de manipuler des objets déformables. En se basant sur un modèle mécanique de l'objet, nous proposons dans un premier temps une méthode hors-ligne pour planifier les actions du robot de sorte à réaliser une tâche de manipulation d'objet déformable en prenant en compte les contraintes appliquées sur l'objet. Dans un second temps, nous étendons l'approche précédente à une tâche de détachement d'un objet déformable fixé sur une surface plane. Enfin, nous proposons une méthode de contrôle de forme en ligne, qui peut être utilisée conjointement avec la méthode de planification ou indépendamment.

Handling deformable objects is an obvious task for human beings. We manipulate them every day, whether it's clothes, food or accessories.Even for objects we've never seen before, it's intuitive to know in advance how the object will react and deform when handled. By seeing only the geometry, appearance and texture of an object, and referring to our past experiences with other similar objects, we can very often predict in advance how the object will deform without even touching it. Furthermore, with a reduced number of interactions with a new material, it's very easy for us to extrapolate and quickly deduce the set of actions required to deform the object specifically. Robots, however, do not have this memory to help them apprehend new situations. For them, there is no obvious link between the actions they perform on an object and the shape it takes. Enabling robots to manipulate deformable objects is therefore a challenge for robotics. Behind the apparent simplicity of the task, transcribing the link we intuitively possess between the actions we perform and the shape of an object into a language that a robot can understand is a complex problem. However, many tasks involving the handling and processing of deformable objects would benefit greatly from the help of robots, whether in the industrial, public or even everyday sectors. In this thesis, we aim to advance research in this field by proposing an approach enabling a robot to manipulate deformable objects. Based on a mechanical model of the object, we first propose an off-line method for planning the robot's actions in order to perform a deformable object manipulation task, taking into account the constraints applied to the object. Secondly, we extend the previous approach to the task of detaching a deformable object attached to a flat surface. Finally, we propose an on-line shape control method, which can be used in conjunction with the planning method or independently of it.