Teleoperation de Robots Humanoide

Teleoperation of humanoid robots

• Auteur / Autrice : Antonin Dallard
• Direction : Abderrahmane Kheddar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes Automatiques et Micro Électroniques
• Date : Soutenance le 15/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Jean Rixen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Majid Khadiv, Mehdi Benallegue, Kanehiro Fumio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xiao-Yan Gu, Kenji Hashimoto

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télécommande

Robotique

Mots clés libres

Apprentissage

Contrôle

Robotique Bipède

Teleoperation

Marche Robotique

Learning

Control

Bipedal Robots

Teleoperation

Robot locomotion

Résumé

La téléopération à l'aide d'une interface robotique est un concept qui remonte aux années 1990. Les objectifs sont diverse,tel que: la chirurgie, l'assemblage ou même le contrôle à distance depuis l'espace.Le but de toute téléopération est de permettre à un opérateur d'accomplir un ensemble spécifique de tâches dans un environnement distant avec une interface.Ces systèmes peuvent être couplés à des dispositifs mécatroniques ayant spécifiquement une forme anthropomorphe,autrement dit, des robots humanoïdes dont les premières recherches remontent aux années 70.Les robots humanoid peuvent contribuer dans de nombreux domaines, dans le cas de la téléoperation, ils permettent de créer un avatar de l'opérateur.Nous avons étudié dans cette thèse divers sujets autour des robots humanoïdes et de la téléopération afin de fournir et créer des outils pour la téléopération des humanoïdes.Chacun de ces sujets a été testé sur des plates-formes robotiques humanoïdes diverses.Nous commençons par proposer des améliorations par rapport à l'état de l'art sur les methodes de génération de trajectoire pour la locomotion d'humanoïde.À partir d'un modèle dynamique simple, nous ajoutons la modélisation des force de contact du robot ainsi qu'une méthode pour adapter automatiquement la fréquence des pas.Ce tout permet d'améliorer la robustesse globale de la marche.Ensuite, nous étudions la marche d'un robot humanoïde controlé par un opérateur. En utilisant un dispositif de capture de mouvement et une méthode de Deep Learning,nous effectuons une marche synchronisée dans le temps.De plus, en utilisant des modèles d'invariant sur le mouvement humain ainsi qu'une méthode d'apprentissage automatique, nous synchronisons les mouvements de bras de l'opérateur.Nous avons également abordé le sujet de la création d'un système de controle de téléopération humanoïde.En utilisant des méthodes de contrôle robustes et éprouvées dans le temps pour la locomotion et la téléopération, nous avons construit un système de téléopération qui ne nécessite qu'une petite formation avec diverses sécurités pour effectuer plusieurs tâches avec un robot humanoïde telles que:la locomanipulation, l'interaction sociale, le retour haptique ou des interaction physiques sûrs avec l'environnement.Ce système de controle a été réalisé dans le cadre du concours Avatar XPrize.Enfin, nous avons exploré l'idée d'une mise à l'échelle de la téléopération des robots humanoïdes.En ayant deux opérateurs à deux endroits distants, nous effectuons une interaction entre un opérateur et un robot, également contrôlé par un opérateur.Ce travail comprend un contrôle cinématique pour permettre une bonne localisation des contacts ainsi qu'un contrôle de la force pour transmettre (sans risque d'instabilité lié au retard) les efforts d'interaction humain/robot.

Teleoperation using a robotics interface is a concept that traces back to the 1990's.The purpose was diverse such as surgery, assembly or even remote control from space for instance.The goal of any teleoperation is to allow an operator to perform a specific set of tasks in a remote environment with such an interface.Those systems can be coupled with mechatronic devices that specifically have an anthropomorphic shape, those are humanoid robots whose first research dates back to the 70's.The field of application of humanoid robots is vast but in the case of teleoperation,it allows to create the distant avatar of the current operator.In this thesis, we study various topics around humanoid robots and teleoperation to provide tools to make and improve a framework for humanoid teleoperation.Each of those topics was tested on real and various humanoid robotics platforms.It starts by proposing improvements to the humanoid locomotion algorithm literature, starting from a simple dynamics model,we add a model of the robot contact force and a tool to adapt automatically the stepping duration to increase the overall robustness of the locomotion.Then we study the locomotion of a humanoid robot having an operator controlling it.Using a motion capture device and deep learning method, we perform a time-synchronized walking.Also, using human-motion invariant and machine learning tools, we synchronize the operator arm motions.We also tackled the topic of creating a humanoid teleoperation framework.Using robust and time-tested control methods for locomotion and teleoperation,we constructed a teleoperation framework that requires only a small training with various safeties to perform several tasks with a humanoid robot such as: loco-manipulation,social interaction, haptic feedback or safe contacts with the environment. This framework was made in the scope of the Avatar XPrize.Finally, we explored the idea of scaling the teleoperation of humanoid robots. Having two operators at two remote places,we perform interaction between two operators through the robot they control.This work includes kinematic control to allow contacts at the proper place and force control to transmit (without delay instability) the human/robot interaction force.