Modélisation des interactions physiques entre un humain et un robot avec élasticité adaptative

Modeling of physical interactions between a human and a robot with adaptive compliance

• Auteur / Autrice : Dmitrii Popov
• Direction : Anatol Pashkevich, Alexandr Klimchik
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel, productique, automatique et robotique
• Date : Soutenance le 17/05/2023
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Robotique Et Vivant - Département Automatique, Productique et Informatique - Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Abderrahmane Kheddar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anatol Pashkevich, Alexandr Klimchik, Andrea Cherubini, Mohamed Amine Laribi, Damien Chablat, Nathalie Smith-Guérin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Cherubini, Mohamed Amine Laribi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Applications industrielles

Modélisation des données (informatique)

Interaction homme-robot

Mots clés libres

Interaction physique homme-robot

Collaboration homme-robot

Identification des paramètres d’interaction

Résolution de singularité

Contrôle d’interaction adaptatif

Physical human-robot Interaction

Safe robotics

Human-robot collaboration

Interaction parameters identification

Singularity resolution

Adaptive interaction handling

Résumé

La thèse porte sur la modélisation des interactions physiques entre un humain et un robot, ce qui est extrêmement important pour la conception et le développement de cellules de travail collaboratives modernes pour de nouvelles applications industrielles. Il se concentre sur le développement de techniques d’identification des interactions afin d’améliorer la sécurité des personnes et les performances des cellules de travail homme-robot. Une attention particulière est accordée aux problèmes de précision causés par les données de mesures bruitées et l’identification des paramètres d’interaction dans des cas singuliers, qui peuvent survenir lors de l’interaction physique en raison d’informations de mesures limitées. Il présente de nouvelles techniques pour calculer la force d’interaction et son point d’application en utilisant uniquement les données de mesure obtenues à partir des capteurs de couple de l’articulation interne du robot. De plus, le contrôleur de gestion d’interaction adaptative est développé, qui intègre l’identification d’interaction afin d’assurer la sécurité humaine en changeant le mode de comportement du robot. La validité des approches développées et leur efficacité ont été confirmées par une étude expérimentale impliquant une collaboration entre un opérateur et le robot KUKA LBR iiwa 14.

The thesis deals with the modeling of physical interactions between a human and a robot, which is extremely important for the design and development of modern collaborative work cells for new industrial applications. It focuses on the development of interaction identification techniques in order to improve human safety and human-robot work cell performance. Special attention is paid tothe accuracy issues caused by the noisy measurements data and the interaction parameters identification in singular cases, which can arise during the physical interaction because of limited measurements information. It presents new techniques for computing the interaction force and its application point using measurement data obtained from the robot internal joint torque sensors only. In addition, the adaptive interaction handling controller is developed, which integrates the interaction identification in order to ensure human safety by changing the robot behavior mode. The validity of the developed approaches and their efficiency was confirmed by an experimental study involving collaboration between an operator and the KUKA LBR iiwa 14 robot.