Contribution à la modélisation non-linéaire et à la commande d'un actionneur robotique intégré pour la manipulation

Non-linear modeling and control of a robotic actuator. Application to object manipulation

• Auteur / Autrice : Benoît Huard
• Direction : Thierry Poinot, Sandrine Moreau, Mathieu Grossard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 07/06/2013
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique et d'automatique pour les systèmes - LIAS (Poitiers ; 2012-.....)
• Jury : Président / Présidente : Mohammed M'Saad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Poinot, Sandrine Moreau, Mathieu Grossard, Mohammed M'Saad, Olivier Bachelier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Edouard Laroche, Christine Prelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande robuste

Commande non linéaire

Identification des systèmes

Modèles non linéaires (statistique)

Robotique

Mots clés libres

Robotique

Manipulation d'objets

Modélisation

Système non-linéaire

Identification

Multimodèles

Estimation d'état

D-stabilité

Commande par retour d'état

Commande H∞

Robotics

Object manipulation

Modeling

Non-linear system

Identification

Multi-model

State estimation

D-stability

State feedback control

H∞ control

Résumé

La réalisation de tâches de manipulation dextres requiert une complexité aussi bien dans la conception de préhenseur robotique que dans la synthèse de leurs lois de commande. Une optimisation de la mécatronique de ces systèmes permet de répondre aux contraintes d'intégration fonctionnelle en se passant de capteurs de force terminaux. L'utilisation de mécanismes réversibles rend alors possible la détermination du positionnement du système dans l'espace libre et la détection de son interaction avec les objets manipulés, grâce aux mesures proprioceptives inhérentes aux actionneurs électriques. L'objectif de cette thèse est de parvenir synthétiser, dans le contexte articulaire (un degré-de-liberté), une commande adaptée à la manipulation en tenant compte de ces particularités mécaniques. La méthode proposée est basée sur une commande robuste par rapport aux non-linéarités structurelles dues aux effets gravitationnels et aux frottements secs d'une part et par rapport aux rigidités variables des objets manipulés. L'approche choisie nécessite la connaissance précise de la configuration du système étudié à chaque instant. Une représentation dynamique de son comportement permet de synthétiser un capteur logiciel pour l'estimation des grandeurs indispensables à la commande. Ces différentes étapes sont validées par des essais expérimentaux pour justifier la démarche choisie menant à une commande adaptée à la manipulation d'objets.

The realization of dexterous manipulation tasks requires a complexity in robotic hands design as well as in their control laws synthesis. A mecatronical optimization of these systems helps to answer for functional integration constraints by avoiding external force sensors. Back-drivable mechanics allows the free-space positioning determination of such system as far as the detection of its interaction with a manipulated object thanks to proprioceptives measures at electric actuator level. The objective of this thesis is to synthesize a control law adapted to object manipulation by taking into account these mechanical properties in a one degree-of-freedom case. The proposed method is based on a robust control according to structural non-linearities due to gravitational effects and dry frictions on the one hand and with regard to a variable rigidity of manipulated objects on the other hand. The chosen approach requires a precise knowledge of the system configuration at all time. A dynamic representation of its behavior enables a software sensor synthesis for the exteroceptives variables estimation in a control law application purpose. The different steps are experimentally validated in order to justify the chosen approach leading to object manipulation.