L'intelligence artificielle pour la conception de nouveaux robots dynamiques à pattes : une approche de conception multidisciplinaire et générique

Artificial Intelligence for the codesign of new dynamic legged robots : a multidisciplinary and generic design approach

• Auteur / Autrice : Virgile Batto
• Direction : Nicolas Mansard, Thomas Flayols
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAAS - Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : GEPETTO Le Mouvement Humanoïde
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées (Toulouse ; 1961-....)

Mots clés

Mots clés libres

Robotique

Robot marcheur

Ia

Robotics

Walking robots

Ai

Résumé

La thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre l'équipe Gepetto (Mouvement des systèmes anthropomorphes) du LAAS (CNRS) et l'équipe Auctus (Robotique and interaction) de l'Inria Bordeaux. Cette collaboration pluridisciplinaire apportera des compétences complémentaires en conception mécatronique et en IA, indispensables pour répondre aux objectifs du projet. Au cours de la thèse, une stratégie complète de conception mécatronique sera proposée, comme le montre la figure ci-dessous. Elle guidera la conception d'un système robotique à partir de zéro, en modélisant et optimisant de manière itérative la structure mécanique et l'actionnement, en planifiant les tâches critiques d'utilisation finale et en simulant les sorties de contrôle et le comportement du robot. Nous souhaitons développer une méthodologie mécatronique générique, adaptée à la conception de différents robots, et basée sur des outils d'IA communs et ouverts. A chaque étape du projet, la méthodologie de conception mécatronique et les outils d'IA associés seront utilisés pour développer un nouveau robot bipède à haute dynamique. Plusieurs architectures cinématiques de jambes, de systèmes d'entraînement et d'actionnement seront proposées, modélisées et mises en œuvre. Plusieurs architectures cinématiques de jambes, de systèmes de transmission et d'actionnement seront suggérées, modélisées et optimisées, à travers le processus de conception itératif. Ces alternatives techniques doivent répondre aux spécifications des tâches de locomotion, extraites de l'optimisation des trajectoires [Mast20]. Ceci est fait dans le cadre de l'optimisation de trajectoire [Mast20]. Le comportement de la jambe le long de son espace de travail sera déterminé en modélisant dynamiquement [Carp19] l'architecture. Les paramètres structurels et d'actionnement pertinents seront Les paramètres structurels et d'actionnement significatifs seront identifiés et optimisés [Vull18, Chad20, Fadi21, Sema21] selon des critères dynamiques, tels que la minimisation de l'inertie effective de la jambe. critères dynamiques, tels que la minimisation de l'inertie effective du pied ou la maximisation de la capacité de force. Le but de l'étude est d'identifier le moyen le plus efficace pour réaliser une trajectoire donnée ou une tâche ciblée. Des allers-retours entre simulations et évaluations expérimentales de prototypes instrumentés permettront d'évaluer les performances de ces prototypes. Les performances des prototypes instrumentés seront évaluées et la stratégie de conception sera validée. Le design final pourrait être une référence initiale pour le projet. Le design final pourrait être une référence initiale pour la nouvelle plateforme humanoïde expérimentale RENOIR (EQUIPEX). RENOIR (EQUIPEX TIRREX) de la communauté robotique française.

The PhD Thesis is part of a collaboration between the Gepetto team (Mouvement des systèmes anthropomorphes) at LAAS (CNRS) and the Auctus team (Robotique, Interaction) at Inria Bordeaux. This multidisciplinary collaboration will bring the complementary expertise in mechatronic design and AI, essential to meet the project objectives. During the thesis works, a comprehensive mechatronic codesign strategy will be proposed, as depicted in the Figure below. It will guide the design of a robotic system from scratch, by iteratively modeling and optimizing both the mechanical structure and the actuation, planning critical end-use tasks, and simulating the control outputs and the robot behavior. We aim at developing a generic mechatronic methodology, suitable for the design of different robots, and based on common and open IA tools. At each stage of the project, the mechatronic-design methodology and related AI tools will be used to develop a novel high-dynamics biped robot. Several leg kinematic architectures, transmission and actuation systems will be suggested, modeled and optimized, through the iterative design process. These technical alternatives must meet the specifications of locomotion tasks, extracted from trajectory optimization [Mast20]. The leg behavior along its workspace will be determined by dynamically modeling [Carp19] the architecture. Significant structural and actuation parameters will be identified and optimized [Vull18, Chad20, Fadi21, Sema21] with respect to dynamic criteria, such as minimizing the effective inertia at the foot or maximizing the force capability to perform a given trajectory or targeted task. Back and forth between simulations and experimental evaluations of instrumented prototypes will assess the performances of different solutions and validate the design strategy at once. The ultimate design could be an initial reference for the new humanoid experimental platform RENOIR (EQUIPEX TIRREX) of the French robotics community.