Modélisation dynamique et commande d'un robot anguille

par Guillaume Gallot

Thèse de doctorat en Automatique, robotique et traitement du signal

Sous la direction de Wisama Khalil.

Soutenue en 2007

à Nantes , dans le cadre de École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes) , en partenariat avec Institut de recherche en communications et cybernétique (Nantes) (laboratoire) , Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) et de Centrale Nantes (autre partenaire) .

mots clés

• Robots sous-marins
• Robots mobiles
• Réseaux neuronaux (informatique)

Résumé

Cette thèse se place dans le cadre du projet Robot-Anguille, qui regroupe six laboratoires français. L'objectif du projet est de concevoir, étudier et réaliser un robot "anguille" ou "serpent-nageur" capable de se déplacer dans un espace à 3 dimensions. A travers cet objectif, la thèse se porte dans un premier temps sur la modélisation dynamique du robot sous la forme d'un mécanisme hybride (structures de robots parallèles montées en série) permettant ainsi d'être le plus proche possible du prototype construit. Pour cela nous avons utilisé les algorithmes récursifs de Newton-Euler pour les modèles dynamiques inverse et direct en les généralisant au cas des robots à base mobile. Nous avons également proposé un modèle de contact fluide-structure pour simuler le comportement du robot dans l'eau. Pour tester ces algorithmes, nous avons simulé le comportement du robot lors de différents types de nage et en avons tiré des conclusions qui nous ont guidées dans la conception du prototype. Dans un deuxième temps, à partir d'un générateur de mouvements à base de CPGs (ou réseau de neurones), nous avons étudié des lois de commande pour réaliser des simulations de nage en boucle fermée. Ainsi, nous avons abordé les problèmes de la nage vers des points cible et l'évitement d'obstacles pour la nage en milieu confiné

Titre traduit

Dynamic modeling and control of an eel like robot

Résumé

This thesis takes place in the framework of the project "Robot-Anguille", which gathers six French laboratories. The objective of the project is to design and produce an "eel-like" robot or "snake-swimmer" able to swim in a 3 dimensional space. Through this guideline, the thesis treats at first the dynamic modeling of the robot of a hybrid mechanism structure( parallel robots connected in serie) which correspond to the prototype built. To achieve that task, we have used recursive Newton-Euler algorithms for the inverse and direct dynamic models by generalizing them for robots with a mobile base. We also proposed a fluid-structure interaction model to simulate the behavior of the robot in water. To test these algorithms, we have simulated the behavior of the robot for various types of swimming and drew some conclusions which have guided us on the design of the prototype. Secondly, starting from a motion law based on CPGs (or network of neurons), we studied closed loop control laws to carry out swimming simulations. Thus, we tackled the problem of swimming towards target points and the problem of obstacle avoidance in confined surroundings.