Marche de robots bipèdes anthropomorphes : simulation et validation expérimentale

par Paul-François Doubliez

Thèse de doctorat en Robotique

Sous la direction de Fethi Ben Ouezdou.

Soutenue en 2011

à Versailles-St Quentin en Yvelines .


  • Résumé

    Malgré le grand nombre de robots humanoïdes actuels existants, trois verrous scientifiques majeurs subsistent: l'autonomie décisionnelle, l'autonomie énergétique et la marche dynamique agile. La présente thèse se focalise sur ce dernier point. Premièrement, une marche statique tridimensionnelle par une commande avec des modèles géométriques inverses analytiques et avec orteils actifs a été générée. Deuxièmement, dans l’objectif de générer une marche dynamique tridimensionnelle, les mouvements la composant ont été étudiés séparément dans le plan frontal et dans le plan sagittal avec des robots à contact ponctuels. Dans le plan frontal, des oscillations stables ont été générées en adaptant énergétiquement le placement du pied et la force de poussée. Dans le plan sagittal, un contrôle énergétique de la force de propulsion par la jambe arrière a été testé et validé successivement grâce à différents modèles numériques: avec un robot avec deux articulations rotoïdes dans les hanches et des vérins dans les genoux, puis avec un robot avec des articulations rotoïdes dans les genoux. Troisièmement, afin de généraliser les principes étudiés, un système composé de dix corps et neufs articulations incluant des orteils actifs et muni de pieds à contact discret a abouti à des simulations de franchissement dynamique d'obstacles jusqu'à vingt centimètres de hauteur. Nos techniques de commande géométrique et de contrôle énergétique ont alors été implémentées dans le cas de la marche dynamique tridimensionnelle. Finalement, des expérimentations de marches ont été réalisées sur le prototype de robot bipède ROBIAN, et ont permis d’identifier la frontière entre marche statique et dynamique.

  • Titre traduit

    Walking of anthropomorphic biped robots : simulation and experimental validation


  • Résumé

    Despite the large number of existing humanoid robots, three main scientific issues remain: the decision-making autonomy, the autonomy in energy and the agile dynamic walking. This thesis focuses on this last issue. Firstly, a three-dimensional static walking generated by analytical geometrical inverse kinematics using active toes has been generated. Secondly, in order to generate a three-dimensional dynamic walking, the motions were studied separately in the frontal plane and in the sagittal one, with numerical models of robots with point-contacts feet. In the frontal plane, stable oscillations were generated by adapting energetically the foot placement and the push force. In the sagittal plane, a high level energy control of the propulsion force with the rear leg was successively tested and validated thanks to different numerical bipeds: with a robot with two rotational hip joints and two translational knee joints, and then with a robot with two rotational knee joints. Thirdly, in order to generalize the studied principles, a robot with ten bodies and nine rotational joints including active toes and discretized-contact feet allowed the dynamic crossing of an obstacle up to twenty centimetres high. Then, our geometrical techniques of walk pattern generation and our energy control of the propulsion have been implemented in the case of a three-dimensional dynamic walking. Finally, walking experimentations were realized with the ROBIAN biped robot prototype, and allowed to identify the transition between static and dynamic walking.

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Informations

  • Détails : 2 vol. (151, 111 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 141-147. Annexes

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  • Bibliothèque : Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines. Direction des Bibliothèques et de l'Information Scientifique et Technique-DBIST. Bibliothèque universitaire Sciences et techniques.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 629.89 DOU
  • Bibliothèque : Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines. Direction des Bibliothèques et de l'Information Scientifique et Technique-DBIST. Bibliothèque universitaire Sciences et techniques.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T110016
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