Contribution à la génération de mouvements dynamiques pour les robots humanoïdes et au dimensionnement de leurs actionneurs

par Antoine Eon

Thèse de doctorat en Génie mécanique, productique, transport

Sous la direction de Saïd Zeghloul.

Soutenue en 2009

à Poitiers .


  • Résumé

    Le travail développé dans cette thèse porte sur l’étude et la génération de mouvements de marche et de saut pour les robots humanoïdes. Les outils conçus dans cette optique sont ensuite utilisés afin d'aider à leur dimensionnement. La première partie présente un outil de génération de mouvements pour le robot HRP2. L'assimilation du robot par un pendule inversé, couplée à un modèle de commande prédictive permet de calculer la trajectoire du centre de gravité. Une marche dynamique est synthétisée en résolvant le Modèle Géométrique Inverse. Les écarts de modélisation sont mis en avant à l'aide d'un modèle dynamique. Une solution est proposée permettant une correction efficace de ces écarts. Une méthode de résolution de l'hyperstatisme (phases de double-appui) basée sur une hypothèse de répartition est également proposée. Les trajectoires obtenues sont validées en termes de non-basculement, de performances (actionneurs) et de respect des lois de Coulomb. Enfin, des améliorations substantielles sont apportées au générateur de mouvements permettant le pilotage de quantités dynamiques. Dans une deuxième partie, les concepts précédemment construits sont utilisés pour générer des mouvements pour un humain virtuel défini à partir de données anthropométriques. En considérant un mouvement extrait par un procédé de capture de mouvement, une étude des performances (actionneurs) est menée pour une population d'humains virtuels de tailles et de masses différentes. L'impact de ces paramètres sur le frottement et la localisation du ZMP est mis en avant. Enfin, une base de mouvements jugés dimensionnants est utilisée pour choisir finement les actionneurs d’un robot de taille et de masse fixées.

  • Titre traduit

    Contribution to dynamic motion generation for humanoid robots and to their actuators design


  • Résumé

    The work developed in this thesis focuses on the study and the generation of walking and jumping motions for humanoid robots. The tools developed for this purpose are then used to assist their design. The first part presents a motion generation tool applied to the robot HRP2. The robot is approached by an inverted pendulum. This model is coupled with predictive control to compute the trajectory of the center of gravity. A dynamic walk is then synthesized by solving the Inverse Kinematics Model. Modeling errors are highlighted using multi-body dynamics. An effective correction is given. A method to solve the redundancy during double-support phases, based on a given distribution of forces and torques (ground/sole contact), is also proposed. The trajectories obtained are validated in terms of fall risk, actuators needs and slipping. Finally, substantial improvements are carried out, allowing the planning of dynamic quantities during the motion generation. In a second part, the previously introduced concepts are used to generate motions for a virtual human defined from anthropometric data. A movement extracted by motion capture is considered in order to study actuators needs for a population of virtual humans of different sizes and masses. The impact of these parameters on the slipping risk and on the location of the ZMP is highlighted. Finally, a database of motions judged meaningful is used to properly select the actuators of a robot of a given size and mass.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (158 p.)
  • Annexes : Bibliogr., 53 réf.

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