Robot humanoïde bioinspiré : Conception et expérimentation

Bio-inspired humanoïd robot : Design and experimentation

• Auteur / Autrice : Morgan Langard
• Direction : Nicolas Delanoue, Philippe Lucidarme, Rémy Guyonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, signal, productique, robotique
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et Sciences et Technologies du numérique, de l’Information et de la Communication (Nantes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315)
• Jury : Président / Présidente : Christine Chevallereau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Padois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Gazeau, Olivier Stasse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation mathématique

Moteurs linéaires

Marche (locomotion)

Robots humanoïdes

Mots clés libres

Robot marcheur planaire

Conception

Optimisation

Planar walking robot

Linear actuator

Design

Optimisation

Résumé

En robotique humanoïde, la marche bipède est encore un sujet de recherche riche : développement de loi de commande, génération de trajectoires de marche, conception d’architectures originales, etc. Les robots bipèdes utilisent classiquement des moteurs rotatifs. Ces actionneurs sont couplés à un système de réduction afin de fournir les couples requis. Cette combinaison impose de trouver un compromis entre le couple de sortie et la réversibilité du système d’actionnement, limitant l’absorption des impacts. Une alternative possible est l’utilisation de moteurs linéaires à entraînement direct, mécaniquement réversibles. Seulement, les moteurs linéaires sont peu utilisés, avec un ensemble moteur rotatif-vis-mère ayant une réversibilité limitée. Ce type de moteur générant des translations, la production d’un couple se fait par bras de levier. Cette spécificité demande un placement optimal des moteurs, afin d’assurer la faisabilité des couple requis. Afin d’étudier l’intérêt des moteurs linéaires réversibles, une évaluation de l’utilisation de cette technologie pour concevoir un robot bipède planaire est proposée. Plusieurs architectures de robot bipède planaire utilisant des moteurs linéaires pour l’actionnement sont simulées et comparées sur différents mouvements. En parallèle, une géométrie maximisant la faisabilité est obtenue par optimisation pour chacune des architectures. À partir de ces résultats, un prototype de robot bipède planaire actionné exclusivement par des moteurs linéaires a été conçu pour valider les résultats de simulation.

In the field of humanoïd robotic, bipedal walking is still an open research fiel, such as the development of control laws, trajectory generation or original architecture designs. Bipedal robots classicaly use rotative motors for their actuation system. These motors are usually coupled with a reduction system in order to achieve sufficient torques. This combination impose to compromise between the output torque and the mecanical reversibility of the system, which limits impact absorption. An alternative is the use of direct-drive linear actuators, inherently reversible. However, linear motors are scarcely used with a rotative actuator linked to a ball-screw, with a limited reversibility. As linear motors produce a translational force, a torque is generated through a lever arm. This specificity requires an optimal placement of the actuators to en sure the feasability of the required torques. To improve our knowledge of this technology and evaluate its use in the robotic field, multiple bipedal planar robot architectures are simulated along different trajectories and compared. In parallel, an optimal geometry is computed for each architecture to maximize motion feasability. From these results, a prototype using solely direct-drive linear actuators is designed and built in order to verify simulation data.