Modélisation et Commande de Robots Souples Élancés Basées sur la Théorie de Cosserat

Cosserat-Based Modeling and Control of Slender Soft Robots

• Auteur / Autrice : Haihong Li
• Direction : Gang Zheng
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, génie informatique, traitement du signal et des images
• Date : Soutenance le 28/06/2023
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Mathématiques, sciences du numérique et de leurs interactions (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - Centre de Recherche en Informatique- Signal et Automatique de Lille (CRIStAL) - UMR 9189 / CRIStAL
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Barbot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gang Zheng, Yannick Aoustin, Holger Voos, Catherine Bonnet, Guoying Gu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Aoustin, Holger Voos
• DOI : 10.70675/25e5d592z9a23z42fcza040z077b8c848b1e

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots -- Mouvements

Modèles mathématiques

Robotique molle

Contrôle

Mots clés libres

Robots mous élancés

Déformation linéaire par morceaux Cossera

Modélisation dynamique

Contrôleur basé sur le modèle

Slender soft robots

Piecewise linear strain Cosserat

Dynamic modeling

Model-based controller

Résumé

Les robots mous sont caractérisés par un grand nombre de degrés de liberté´e (DDL) et une déformation fortement non linéaire, ce qui rend difficile leur modélisation et leur contrôle précis.Par conséquent, des défis scientifiques tels que le développement d’un cadre théorique exhaustif pour la modélisation et le contrôle dynamique se sont posés dans le domaine de la robotique souple. Dans cette thèse, nous nous concentrons principalement sur les robots souples ´élancés,ce qui introduit deux défis, notamment la modélisation et la conception de contrôleurs basés sur des modèles. Pour relever le premier défi, nous développons une technique de modélisation discrète appelée déformation linéaire par morceaux'' (PLS) pour résoudre les ´équations aux dérivées partielles (EDP) des modèles bas´es sur Cosserat pour les manipulateurs souples ´élancés, à partir desquels les modèles analytiques associés sont déduits. Pour résoudre le deuxième défi,les différents contrôleurs basés sur les modèles Cosserat proposés ont été conçus

Soft robots are characterized by a large number of degrees of freedom (DoFs) and highly nonlin-ear deformation, which makes their modeling and accurate control difficult. Therefore, scientificchallenges such as the development of an exhaustive theoretical framework for dynamic modelingand control have arisen in the field of soft robotics. In this thesis, we mainly focus on theslender soft robots, which introduces two challenges including the modeling and the model-basedcontroller design. To address the first challenge, we develop a discrete modeling technique named piecewise linear strain (PLS) to solve the partial differential equations (PDEs) of Cosserat-basedmodels for slender soft manipulators, based on which the associated analytic models are deduced.To solve the second challenge, the different controllers based on the proposed Cosserat modelshave been designed