Synthèse d’observateur et robot marcheur

par Théo Folin

Thèse de doctorat en Automatique, signal, productique, robotique

Sous la direction de Fouad Giri et de Tarek Ahmed-Ali.

Soutenue en 2016

à Caen , dans le cadre de École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016) , en partenariat avec Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen (1995-....) (laboratoire) et de Normandie Université (2015-....) (autre partenaire) .

Le jury était composé de Fouad Giri, Tarek Ahmed-Ali, Salah Laghrouche, Fayçal Ikhouane, Chérif Benbouzid, Maxime Wack.

Les rapporteurs étaient Salah Laghrouche, Fayçal Ikhouane.

mots clés

• Sortie retardée
• Échantillonnage
• Observateurs à grand gain
• Systèmes non linéaires
• Robots humanoïdes
• Nations Unies -- Forces armées

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la disposition CIFRE entre la société Bodycap et l’Université de Caen Normandie au sein du laboratoire GREYC. Les principaux objectifs de celle-ci portent sur la synthèse d’observateurs pour des classes de système non linéaire. Ainsi, nous étudions d’une première part un observateur adaptatif pour une classe de système affine en l’état avec injection de sortie. Celui-ci permet la reconstruction de la sortie du système à partir de son échantillonnage tout en estimant les paramètres ainsi que les états du système. La difficulté de ce premier observateur étant la dépendance d’un terme non-linéaire tant de la sortie que d’un paramètre estimé. Secondement, nous étudions un observateur grand gain permettant l’estimation des états d’un système triangulaire à partir de sa sortie échantillonnée et retardée. Les retards étant un phénomène récurrent pour la plupart des systèmes physiques, sa compréhension et son étude est d’une importance capitale. La difficulté de ce second observateur résidant dans l’implication de sa sortie non retardée et non échantillonnée dans le fonctionnement interne du système sans y avoir accès. Enfin, nous étudions une modèle de robot bipède afin d’utiliser un observateur pour mesurer les paramètres de la marche chez un sujet. Ainsi, nous utilisons un modèle de robot bipède plan permettant de simuler un cycle de marche composé d’une phase oscillante et d’une phase d’impact. Cette simulation nous permet ainsi de tester l’utilisation d’un observateur super-twisting afin d’estimer les paramètres de vitesse angulaire à partir des positions angulaire sans connaitre : la commande appliquée au système et sans connaissance du modèle du système.

Titre traduit

Observer synthesis and application to walking robot

Résumé

This CIFRE thesis result from collaboration between the company Bodycap and the University of Caen Normandy at GREYC laboratory. The main thesis objective is observer synthesis for classes of non-linear system. Firstly, we study an adaptive observer for a state affine system with output injection. This observer estimate the system output from its sampling while estimating the parameters and system states. The difficulty of this observer is the dependence of a non-linear term both on the output and on estimated parameters. Secondarily, we study a high gain observer allowing the states estimation of a triangular system from its sampled and delayed output. Because delays are a recurring phenomenon for most physical systems, its understanding and studying is of a major importance. The difficulty of this observer resides in the implication of its non-delayed and continuous output in the internal operation of the system without having access there. Finally, we study a biped robot model to use an observer to measure walking parameters on a subject. Thus, we use a plane biped robot model to simulate a walking cycle composed of an oscillating phase and an impact phase. This simulation allows us to test the super-twisting algorithm to estimate the angular velocity parameters from the angular positions without knowing: the control applied to the system and without knowledge of the system model.