Conception mécanique, électrique et contrôle des actionneurs pour les articulations locomotrices d'un robot humanoïde autonome de taille humaine à énergie électrique

• Auteur / Autrice : Djordje Urukalo
• Direction : Pierre Blazevic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV)
• Jury : Président / Présidente : Samir Bouaziz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie

Moteurs électriques

Robots industriels

Résumé

L'un des objectifs de ce travail est de mettre en œuvre une prévention de la fatigue des moteurs électriques à l'intérieur d'un robot humanoïde. Notre objectif est de développer des modèles thermiques localisés simplifiés pour des actionneurs à courant continu avec un contrôle de bas niveau, qui puissent être utilisés pour protéger le moteur d’une surchauffe et la destruction des enroulements. Le travail de recherche mené dans cette thèse est principalement centré sur la détermination des paramètres du modèle thermique et de l'influence des dits paramètres sur un actionneur réel. Deux processus d'identification différents sont mis en œuvre: une identification invasive et une identification non invasive, qui peut être peut être implémentée en temps réel. Transmission détermination de l'efficacité d'un actionneur spécifique pour deux scénarios différents se fait, où est pris en compte l'influence de la vitesse angulaire et égrenage de l'actionneur. La mise en œuvre de la prévention de la fatigue pour les moteurs électriques à l'intérieur d'un robot humanoïde est proposée dans ce travail. Les deux types d'observateurs pour l'observation interne (rotor) de la température sont implémentés, avec entrée connue et inconnue. L’observateur avec entrées connues est un observateur de Luenberger où le gain de l'observateur est bien réglé, et dans lequel la dépendance de la température à la résistance du fil de rotor est prise en compte. Travail l’observateur avec entrées non connues de température du rotor est d'une grande importance pour la robotique humanoïde, car il y a beaucoup de quantités non mesurables. Dans un système complexe tel un robot humanoïde, le temps de calcul et le prix doivent être réduits. Afin de satisfaire à ces exigeances, inconnu observateur d'entrée est recommandé. Des applications sur des robots humanoïdes (NAO) sont menées dans cette thèse, afin de valider notre travail.

One of the objectives of this work is to implement fatigue prevention of electrical motors inside a humanoid robot. We aim to design the most simplified lumped thermal models for DC actuators with low-level control that can be used for motor protection to avoid too much warming and destruction of windings. The research conducted in this thesis is mainly centered on determination of thermal model parameters and influence on the thermal model parameters of a shelling actuator on real actuator benches. Two different identification processes are taken into account: invasive and non-invasive identification that can be implemented onsite in real time. Transmission efficiency determination of a specific actuator for two different scenarios is done, where is taken into account influence of angular velocity and actuator shelling. Fatigue implementation of prevention for electrical motors inside a humanoid robot is proposed in this work. The two types of observers for inner (rotor) temperature observation is conducted: rotor temperature observers with known and unknown input. Known input observer is Luenberger observer where observer gain is properly tuned and temperature dependence on rotor wire resistance is taken into account. Work on unknown input rotor temperature observer is of great importance in humanoid robotics, because there are many unmeasurable quantities. In complex system such as humanoid robots, computing time and price has to be reduced. In order to satisfy these conditions, unknown input observer is desirable to be used. Applications in humanoid robots are conducted in the thesis. In order to validate our work, NAO robot is used.