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RÉSUMÉ
La locomotion des robots humanoïdes est essentielle pour le développement de nouveaux systèmes de transport. Elle doit satisfaire des contraintes de moindre consommation d’énergie afin d’accroître l’autonomie énergétique, et de respect des conditions de contact unilatéral. Il faut aussi assurer la stabilité orbitale de la marche malgré les perturbations telles que les incertitudes de modèle, les irrégularités du sol, ou les interactions avec l’environnement. Pour rejeter ces perturbations, nous considérons des stratégies de commande qui sont associées à la définition des mouvements de référence. Quelques stratégies de commande de base et des éléments d’analyse de la stabilité orbitale d’une marche cyclique de robots bipèdes planaires et 3D sont présentés dans cet article.
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The locomotion of humanoid robots is essential for the development of new transport systems. It has to satisfy constraints of lower energy consumption to increase energy autonomy and meet the conditions of unilateral contact. It also has to ensure the orbital stability of walking despite disturbances such as model uncertainty, unstructured ground, or interactions with the environment. To eliminate these disturbances, we consider control strategies associated with the definition of reference movements. This article presents some basic control strategies and analysis tools for the orbital stability of a cyclic planar and 3D bipedal robot walk.
Auteur(s)
-
Gabriel ABBA : Professeur des universités à l’Université de Lorraine - Laboratoire de conception fabrication commande - (LCFC, EA 4495)
-
Yannick AOUSTIN : Professeur des universités à l’Université de Nantes - Institut de recherche en communication et cybernétique de Nantes - (IRCCyN, UMR CNRS 6597)
INTRODUCTION
La locomotion des robots humanoïdes est essentielle pour le développement de nouveaux systèmes de transport. Elle doit satisfaire des contraintes de moindre consommation d’énergie afin d’accroître l’autonomie énergétique, et de respect des conditions de contact unilatéral. Il faut aussi assurer la stabilité orbitale de la marche malgré les perturbations telles que les incertitudes de modèle, les irrégularités du sol, ou les interactions avec l’environnement. Pour rejeter ces perturbations, nous considérons des stratégies de commande qui sont associées à la définition des mouvements de référence. Quelques stratégies de commande de base et des éléments d’analyse de la stabilité orbitale d’une marche cyclique de robots bipèdes planaires et 3D sont présentés dans cet article.
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KEYWORDS
Mobil robotics | Monitoring | Locomotion | virtual constraints | Walking gait
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État de l’art et spécificités de la commande des robots humanoïdes1. Introduction
La commande d’un système a pour objectif de le faire évoluer d’un état initial donné à un état final ou une évolution de référence donnés. Si elle est définie par un écart entre une variable de sortie mesurée ou estimée et une consigne ou une trajectoire de référence, elle est dite commande en boucle fermée. Elle peut également être conçue pour rejeter les perturbations, les erreurs de modèles, ainsi que des actions extérieures de l’environnement sur le système. La complexité de la commande est croissante selon que le système est monoentrée/monosortie ou multientrées/multisorties, ou lorsqu’il est représenté par un système d’équations différentielles linéaires ou non linéaires, avec des points d’équilibre stables ou instables. Les robots humanoïdes concentrent de nombreuses difficultés à surmonter pour la commande. Ce sont des systèmes mécaniques polyarticulés qui peuvent avoir plus d’une trentaine de degrés de liberté ddl. Ils sont mobiles dans leur environnement. Les contacts avec l’environnement peuvent être de nature différente : liaison unilatérale ou bilatérale, avec ou sans degré de mobilité imposé. Lors de la locomotion, leur surface d’appui sur le sol est très petite par rapport à leur taille, voire ponctuelle ou linéique. Ils peuvent donc avoir des phases de déséquilibre. Pour des gains de poids et des contraintes techniques, les performances des actionneurs sont limitées en regard des masses et inerties mises en jeu, voire des frottements. Par conséquent de nombreux travaux de recherche sont consacrés à la commande de robots humanoïdes.
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Introduction
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AOUSTIN (Y.), FORMAL’SKII (A.) - Control design for a biped : reference trajectory based on driven angles as functions of the undriven angle. - Int. J. of Computer and Systems Sciences 42, 4, 159-176 (2003).
-
(2) - AOUSTIN (Y.), FORMAL’SKII (A.M.) - Design of reference trajectory to stabilize desired nominal cyclic gait of a biped. - In Proc. of the International Workshop on Robot Motion and Control, ROMOCO’99, pp. 159-164 (1999).
-
(3) - AOUSTIN (Y.), FORMAL’SKY (A.M.) - On optimal swinging of the biped arms. - In Proc. IEEE Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems IROS (Nice, France, 2008), pp. 2922-2927.
-
(4) - ARTEMIADIS (P.), KREBS (H.I.) - On the interlimb coordination and synchronization during gait. - In Proceedings of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (2011), pp. 1571-1574, DOI : 10.1109/IEMBS.2011.6090457.
-
(5) - BELETSKY (V.) - Dynamics of bipedal walking. - Izv. AN SSSR, MTT 3 : 3-14 (in Russian) (1975).
- ...
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