Une approche Newton-Euter pour la dynamique de la locomotion bio-robotique : Des systèmes discrets vers les systèmes continus

Newton-Euler approach for bio-robotics locomotion dynamics : from discrete to continuous systems

• Auteur / Autrice : Shaukat Ali
• Direction : Frédéric Boyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-mécanique et bio-ingénierie
• Date : Soutenance le 20/12/2011
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole des Mines
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Communications et en Cybernétique de Nantes / IRCCyN
• Jury : Président / Présidente : Pierre Rouchon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Jaulin, Wisama Khalil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cecilia Laschi, Howie M. Choset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Locomotion

Robots mobiles

Mots clés libres

Locomotion bio-inspirée

Dynamique des robots

Formulation de Newton-Euler

Mécanique géométrique

Robots serpents

Robots continus

Bio-inspired locomotion

Robot dynamics

Newton-Euler formulation

Geometric mechanics

Snake-like robots

Continuum robots

Résumé

Cette thèse propose un cadre méthodologique général et unifié adapté à l’étude de la locomotion d'une large gamme de robots, en particulier bio-inspirés. L'objectif de cette thèse est double. Tout d'abord, elle contribue à la classification des robots locomoteurs en adoptant les outils mathématiques mis en place par l'école américaine de mécanique géométrique. Deuxièmement,en profitant de la nature récursive de la formulation de Newton-Euler, elle propose de nouveaux outils efficaces sous la forme d'algorithmes aptes à résoudre les dynamiques externe directe et interne inverse de tout robot locomoteur approximable par un système multicorps mobile. Ces outils génériques peuvent aider l’ingénieur ou le chercheur dans la conception, la commande, la planification de mouvement des robots locomoteurs ou manipulateurs comprenant un grand nombre de degrés de liberté internes. Des algorithmes effectifs sont proposés pour les robots discrets ainsi que continus. Ces outils méthodologiques sont appliqués à de nombreux exemples illustratifs empruntés à la robotique bio-inspirée tels les robots serpents, chenilles et autres snake-board…

This thesis proposes a general and unified methodological framework suitable for studying the locomotion of a wide range of robots, especially bio-inspired. The objective of this thesis is twofold. First, it contributes to the classification of locomotion robots by adopting the mathematical tools developed by the American school of geometric mechanics.Secondly, by taking advantage of the recursive nature of the Newton-Euler formulation, it proposes numerous efficient tools in the form of computational algorithms capable of solving the external direct dynamics and the internal inverse dynamics of any locomotion robot considered as a mobile multi-body system. These generic tools can help the engineers or researchers in the design, control and motion planning of manipulators as well as locomotion robots with a large number of internal degrees of freedom. The efficient algorithms are proposed for discrete and continuous robots. These methodological tools are applied to numerous illustrative examples taken from the bio-inspired robotics such as snake-like robots, caterpillars, and others like snake-board, etc.