Contribution à la manipulation dextre et à la synthèse de prise en vue de la commande de mains mécaniques

Contribution to the dexterous manipulation and the grasp synthesis for the control of mechanical

• Auteur / Autrice : Naël Daoud
• Direction : Marc Arsicault, Jean-Pierre Gazeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, productique, transport
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Équilibre

Robots -- Mouvements

Planification -- Informatique

Robotique

Résumé

Le travail présenté concerne la manipulation d'objet avec des mains robotiques. Ce mémoire contribue à la mise en oeuvre d'une plateforme expérimentale dédiée à la manipulation dextre avec une main mécanique à 4 doigts et 16 actionneurs. Une grande partie de ce travail a été effectué dans le cadre d'un projet soutenu par l'ANR intitulé ABILIS. En premier, la mise en situation spatiale de la main à l'extrémité d'un bras manipulateur est présentée. Une nouvelle commande a été développée et une modélisation du système bras-main dans son environnement a été réalisée pour permettre la simulation et le pilotage de l'ensemble. Ensuite, le problème complexe de la synthèse de prise est traité. Pour résoudre ce problème, on procède en deux étapes : la configuration de la main par rapport à l'objet est résolue avec un système expert, et ensuite la configuration des doigts sur l'objet est résolue à l'aide d'une approche évolutionnaire utilisant un algorithme génétique. Nous avons pu évaluer et comparer notre approche roboticienne avec une approche neuroscientiste ; à l'issue de ces travaux nous proposons une nouvelle approche mixte pour la résolution du problème de la synthèse de prise. Enfin, une stratégie générale permettant de réaliser une tâche de manipulation fine en bout de doigt est proposée. La manipulation d'amplitude importante conduit rapidement à des situations de blocage (butées, collisions) ; nous proposons une approche originale qui permet de résoudre ce problème en repositionnant les doigts sur l'objet, et ainsi de poursuivre la manipulation. L'ensemble de ces travaux est illustré par de nombreux résultats expérimentaux permettant de valider les approches proposées.

The presented work deals with object manipulation with robotic hands. This thesis contributes to the implementation of an experimental platform dedicated to dexterous manipulation with a 4 fingers and 16 actuators mechanical hand. This work was conducted as part of a project entitled ABILIS supported by the ANR. The first chapter presents the experimental site composed of a robot arm and the mechanical hand. A new control scheme has been developed as well as a modeling of the arm with the hand in its environment was performed to enable simulation and control of the whole system. The complex problem of the grasp synthesis is then treated. To solve this problem, we proceed in two steps: the configuration of the hand with respect to the object is solved thanks to an expert system, and then the configuration of the fingers on the object is solved by using an evolutionary approach based on a genetic algorithm. We were able to evaluate and to compare our robotic approach with a Neuroscience one ; finally we propose a new hybrid approach for solving the grasp synthesis problem. Finally, a general strategy for achieving fine manipulations of objects by fingertips is proposed. The manipulation with a wide amplitude motion, leads to blocking situations (joint limits, collisions). A novel approach is proposed that solves this problem by repositioning the fingers on the object in order to complete the manipulation. All of this work is illustrated by numerous experimental results which validate the proposed approaches.