Projet : BIP - bip

<body bgcolor="#FFFFFF" text="#000000" link="#9944EE" vlink= "#0000FF" alink="#00FF00">  <a name="CHILD_LINKS" id= "CHILD_LINKS"><strong>Sous-sections</strong></a> <ul> <li><a name="tex2html156" href= "fonde_Lesrobotsbiped_mn.html#SECTION00031100000000000000" target="main" id= "tex2html156"><small>Motivations</small></a></li> <li> <a name="tex2html157" href= "fonde_Lesrobotsbiped_mn.html#SECTION00031200000000000000" target="main" id="tex2html157"><small>Problématique scientifique</small></a> <ul> <li><a name="tex2html158" href= "fonde_Lesrobotsbiped_mn.html#SECTION00031210000000000000" target="main" id="tex2html158"><small>Conception générale</small></a></li> <li><a name="tex2html159" href= "fonde_Lesrobotsbiped_mn.html#SECTION00031220000000000000" target="main" id= "tex2html159"><small>Modélisation</small></a></li> <li><a name="tex2html160" href= "fonde_Lesrobotsbiped_mn.html#SECTION00031230000000000000" target="main" id= "tex2html160"><small>Commande</small></a></li> </ul> </li> </ul> <hr /> <h2><a name="SECTION00031000000000000000" id= "SECTION00031000000000000000">Les robots bipèdes</a></h2>  <a name="BIP_fondements_Lesrobotsbipedes" id= "BIP_fondements_Lesrobotsbipedes"></a> <p><strong>Mots clés :</strong> <i>commande, commande référencée capteur, mécanique, mécanique des solides, modélisation, robotique, robotique mobile, simulation de système mécanique, temps-réel, asservissement visuel .</i></p> <h3><a name="SECTION00031100000000000000" id= "SECTION00031100000000000000">Motivations</a></h3> <p>Dans la classe des systèmes mobiles, les robots marcheurs, par exemple hexapodes, présentent des avantages certains sur leurs homologues à roues dès que le sol n'est plus plan ou libre : le franchissement des obstacles est plus aisé, l'emprise au sol plus faible, l'adaptabilité meilleure. Ceci concerne les grands domaines de la robotique non-manufacturière  : exploration, maintenance, intervention, service. Cependant, dès lors que l'environnement de travail du système est conÇu pour l'homme, la technologie multipode doit en général laisser place à la bipédie si l'on désire conserver de bonnes possibilités de déplacement et d'action sans modifier l'environnement. D'où l'intérêt assez récent que porte la communauté mondiale de Recherche et Développement en robotique aux systèmes dits humanoïdes, destinés à accompagner l'homme dans certaines de ses activités personnelles ou professionnelles. Par exemple, une certaine forme d'assistance à domicile de personnes à mobilité réduite, pour des tâches très routinières, pourrait être assurée par des robots bipèdes, car ceux-ci ont la faculté de pouvoir se déplacer sans adaptation particulière de l'environnement.</p> <p>Si la faisabilité de tels systèmes reste largement hors d'atteinte pour ce qui est de robots aux capacités d'autonomie décisionnelle élevées, le niveau actuel de la technologie permet par contre d'envisager la réalisation de machines capables de se déplacer en marchant dans des conditions bien déterminées et d'exécuter quelques actions très simples.</p> <h3><a name="SECTION00031200000000000000" id= "SECTION00031200000000000000">Problématique scientifique</a></h3> <h4><a name="SECTION00031210000000000000" id= "SECTION00031210000000000000"></a> <a name="cycle" id= "cycle"></a><br /> Conception générale</h4>La difficulté de conception d'un robot marcheur bipède résulte, d'une part de la nouveauté du concept, qui fait qu'il n'existe pas encore de solutions éprouvées, et d'autre part de contraintes spécifiques au principe même de la marche bipédique : tout d'abord, le système doit comporter un nombre élevé d'articulations dans un espace de volume réduit. De plus, la localisation de celles-ci est elle-même fort contrainte par des raisons de position des articulations, d'encombrement et de répartition des masses, ce qui nécessite par exemple l'étude de groupes moto-transmetteurs spécifiques. Par ailleurs, le système doit être en permanence en équilibre, soit statique, soit dynamique, ce qui peut nécessiter des couples instantanés élevés. Ceux-ci se répartissent d'ailleurs au cours du temps sur l'ensemble des articulations, posant ainsi le problème d'une gestion globale et dynamique de la puissance nécessaire. Ce dernier point est également lié aux choix technologiques concernant l'autonomie : la place disponible est faible et la masse embarquable limitée (elle se situe en général en hauteur (tronc) et a de ce fait une grande influence sur la dynamique du système). <p>Ce problème reste donc largement ouvert, l'état de l'art en la matière étant constitué par les très belles réalisations de Honda, les robots humanoïdes P2 et P3 présentés en 1997.</p> <h4><a name="SECTION00031220000000000000" id= "SECTION00031220000000000000">Modélisation</a></h4>Un robot bipède peut être modélisé comme une chaîne articulée arborescente de corps rigides dans l'espace tridimensionnel. La marche est caractérisée par différentes phases[<a href= "bibliographie_Toc.html#vaughan92" target= "contents">VDO92</a>,<a href="bibliographie_ct.html#winter" target="contents">Win90</a>], principalement (pour une jambe donnée) le balancement (35 % du cycle) et le support (65 % du cycle). Il existe de plus une phase de double support qui dure environ 12 % du cycle et qui est absente dans la course. Ces phases se décomposent elles-mêmes plus finement en fonction d'événements liés au mouvement du centre de gravité et, surtout, du pied. Ces différentes phases se caractérisent par des contacts divers entre le système et le sol. <p>Ainsi, le modèle mécanique d'un tel système comporte-t-il trois aspects :</p> <ul> <li>une dynamique de système rigide articulé libre dans l'espace représentable par des équations lagrangiennes ;</li> <li>un ensemble, variable selon les phases, de contraintes d'égalités et inégalités traduisant l'existence de contacts sans pénétration et sans glissement que <em>doit</em> respecter le système. Chaque ensemble définit un mode de fonctionnement ;</li> <li>un choix de loi d'impact modélisant les transitions (supposées instantanées) entre modes.</li> </ul> <p>Nous sommes donc en présence d'un système dynamique hybride complexe, dont l'étude reste encore peu explorée.</p> <h4><a name="SECTION00031230000000000000" id= "SECTION00031230000000000000">Commande</a></h4>Un marcheur humain adopte naturellement une allure régulière et symétrique dite <em>de confort</em> dans laquelle sa consommation d'énergie est minimale pour une vitesse de progression raisonnable. Par ailleurs, certaines classes de systèmes mécaniques hybrides, par exemple un robot sauteur ou une transmission avec jeu, présentent souvent des comportements cycliques limites correspondant à des équilibres dynamiques, parfois mêmes naturellement stables dans un certain domaine. Dans le cas du robot marcheur le plus simple, le compas sur une pente, ces cycles correspondent à des trajectoires périodiques passives (sans actionnement extérieur), dans lesquelles la transition entre énergie cinétique et énergie potentielle est entièrement équilibrée par l'absorption d'énergie à l'impact [<a href= "bibliographie_Toc.html#abb" target="contents">GTE98</a>]. <p>Tout ceci nous incite donc à rechercher une approche de la commande dans laquelle les trajectoires sont cycliques et énergétiquement optimales, en un sens qui reste à préciser. Un autre point est que ce qui importe vraiment est la progression globale du robot tout en préservant une stabilité mécanique particulière qui est de nature dynamique. Les approches classiques, comme le suivi précis de trajectoires articulaires figées sont donc inadaptées, sauf si l'on s'intéresse principalement au contrÔle de la posture. Le domaine n'étant pas lui-même stabilisé (et loin s'en faut), le chercheur explorera donc des techniques de commande variées : optimisation non-différentiable, commande prédictive, commande par apprentissage itératif, commande par fonction de tâches [<a href= "bibliographie_Toc.html#samson91a" target= "contents">6</a>]... On n'oubliera pas enfin la commande référencée capteurs [<a href= "bibliographie_Toc.html#ecp" target="contents">3</a>], qui permettra de prendre en compte des mesures locales de distance, de proximité, de réaction au sol...</p> </body>