Contribution à la synthèse dynamique optimale de la marche

par Jérôme Marot

Thèse de doctorat en Génie mécanique, productique, transport

Sous la direction de Guy Bessonnet et de Philippe Sardain.


  • Résumé

    La synthèse numérique de pas de marche est réalisée par la résolution d’un problème d’optimisation dynamique. Le système locomoteur, de type anthropomorphe, comporte 12 mobilités internes. Les modélisations réalisées sont dictées par le déterminant fondamental de la marche que constitue la manière dont le bipède enchaîne ses appuis au sol au cours d’un pas. Le mode choisi comprend une phase de simple appui et deux sous-phases de double appui. Beaucoup d’attention est accordée à la localisation des centres d’appui pieds-sol qui jouent un rôle essentiel dans la gestion des équilibres du bipède pendant la marche. La synthèse du mouvement par optimisation dynamique consiste alors à extraire du modèle dynamique une solution admissible qui minimise un critère de performance qui est l’intégrale des couples actionneurs quadratiques. Le problème formulé est converti en un problème d’optimisation paramétrique sur la base d’une représentation des variables de configuration par des splines de classe C3, et des efforts de fermeture de boucle par des splines Ci, 0 ≤ i ≤ 2. Les variables d’optimisation discrètes sont alors les valeurs en des instants équirépartis sur la durée du mouvement des fonctions approximées. Il s’y ajoute la longueur de pas et les durées relatives des trois phases du pas à engendrer. Dans sa forme finale, le problème est résolu par l’implémentation d’algorithmes PQS. Les données d’entrée caractéristiques du pas à engendrer peuvent être réduites à la seule vitesse de marche.

  • Titre traduit

    Contribution to optimal dynamic synthesis of 3D-gait


  • Résumé

    Numerical synthesis of gait is carried out by solving a dynamic optimisation problem. The human-like locomotion system considered is made up of 12 internal degrees of freedom. Kinematic and dynamic models are stated according to fundamental determinant of gait which is the way the biped links up its ground-foot supports when walking. The support sequence adopted consists of a single support phase and two double support sub-phases. Special attention is devoted to the localisation of the centre of pressure under each foot, which are key indicators of the equilibrium state of the biped. Movement synthesis carried out using dynamic optimisation consists of extracting a feasible solution from dynamics equation by minimizing a performance criterion which is the time-integral of quadratic actuating torques. The problem stated is recast into a parametric optimisation problem using C3-spline approximations for the joint coordinates, and Ci-spline (0 ≤ i ≤ 2) for closure forces at front foot. The new optimisation variables are discrete values of these splines functions at times equally distributed along the motion time. Further global optimisation variables are accounted for: the step length and the relative length of the three step phases. In its final form, the problem is solved using SQP algorithms. Input data characterising the step to be generated can be limited to the only walking speed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (201 p.)
  • Annexes : Bibliogr. [97] réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 07/POIT/2340
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