Contribution à la commande corps-complet des robots humanoïdes : du concept à l'implémentation temps-réel

Contribution to whole-body control of humanoid robots : From concept to real time implementation

• Auteur / Autrice : David Galdeano
• Direction : Philippe Fraisse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques et microélectroniques
• Date : Soutenance le 13/11/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Fethi Ben Ouezdou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Fraisse, Fethi Ben Ouezdou, Kouider Nacer M'Sirdi, Ahmed Chemori, Sébastien Krut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kouider Nacer M'Sirdi, Yannick Aoustin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande non linéaire

Marche (locomotion)

Robots -- Cinématique

Robots humanoïdes

Mots clés libres

Robotique humanoïde

Stabilité dynamique

Commande pour la marche

Contrôle non linéaire

Marche bio-Inspirée

Humanoids robots

Dynamic stability

Walking control

Nonlinear control

Bio-Inspired walking

Résumé

Les robots humanoïdes sont en passe d'être commercialisés pour le public à grande échelle, mais pour réussir cet objectif il est nécessaire de rendre ces robots fiables, fonctionnels et sécurisés. Ceci implique de nombreuses améliorations par rapport à de l'état de l'art, pour permettre un produit fini. Un des domaines à améliorer est la commande corps-complet des robots humanoïdes. Les objectifs de cette thèse sont de proposer une architecture de commande permettant de générer des mouvements corps-complet bio-inspirés. L'idée principale étant de s'inspirer de la marche humaine afin de reproduire ces mouvements sur un robot humanoïde. La solution de commande proposée utilise le principe de tâches pour quatre objectifs cinématiques: (i) la pose relative des pieds, (ii) la position du CoM, (iii) l'orientation du buste, et (iv) l'évitement des butées articulaires. La stabilité est renforcée en modifiant la position du CoM désirée à l'aide d'un stabilisateur basé sur la régulation non linéaire du ZMP. L'approche résultante est appelée architecture de commande hybride cinématique/dynamique. Cette approche a été validée expérimentalement sur deux prototypes de robots humanoïdes pour différentes tâches telles que le squat et la marche.

Humanoid robots are a rising trend, and are about to be sold to the public on a large scale, but for this to be possible it is necessary to make them reliable, secure and functional. This implies many improvements over the prior state of the art. A domain of improvement is the full-body control of humanoid robots. The objective of this thesis is to propose a control architecture for generating a bio-inspired full-body control. The main idea is to learn from human walking to replicate these movements on a humanoid robot. The proposed control solution uses the principle of kinematics task for four objectives: (i) the relative pose of the feet, (ii) the position of the Centre de masse (CoM), (iii) the orientation of the upper-body, and (iv) the joints' limits avoidance. Stability is enhanced by modifiying the CoM position by using a stabilizer based on nonlinear regulation of the Zero Moment Point (ZMP). The resulting approach is called hybrid kinematic / dynamic control architecture. This approach has been validated experimentally on two prototypes of humanoid robots for tasks such as squat and walking.