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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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Gabriel ABBA : Professeur des universités à l’Université de Lorraine - Laboratoire de conception fabrication commande - (LCFC, EA 4495)
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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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7. Glossaire
Contraintes virtuelles ; Virtual constraints
Ces contraintes appliquées aux robots humanoïdes sont programmées lors du calcul de la commande.
Contraintes unilatérales ; Unilateral constraints
C’est l’une des caractéristiques des robots humanoïdes. Une contrainte unilatérale relative à son pied d’appui avec le sol signifie que ce pied peut perdre le contact lors du mouvement du robot humanoïde.
Point de moment nul ; Zero moment point
Si un pied du robot humanoïde est en contact avec le sol c’est le point de sa semelle où aucun moment ne s’exerce pour faire basculer ce pied. On suppose que les frottements sont suffisants pour empêcher le pied de tourner ou glisser à plat sur le sol. Si ce point est en dehors de la surface de sustentation cela veut dire que les hypothèses de contact ne sont pas vérifiées.
Commande non linéaire ; Nonlinear control
C’est une commande entrées/sorties qui compense les termes non linéaires pour stabiliser le système linéaire qui en résulte.
Centre de masse ; Center of mass
Pour un système de masses ponctuelles le centre de masse est le barycentre de toutes les masses. Pour un robot humanoïde, le centre de masse est le barycentre des centres de masse de tous les éléments qui constituent le robot humanoïde (actionneurs, engrenages, pièces de structure, etc.).
Stabilité orbitale ; Orbital stability
Cette notion est à l’origine due à Poincaré qui formalisa le concept de stabilité orbitale. Il caractérise la stabilité asymptotique non pas d’un point d’équilibre mais d’une trajectoire cyclique. Si on quitte la trajectoire sous une influence quelconque, y revient-on ou non ? Si oui la trajectoire est orbitalement asymptotiquement stable.
Trajectoire optimale ; Optimal trajectory
C’est un mouvement de marche, de course ou autre qui est défini pour un robot humanoïde à l’aide d’un problème d’optimisation fondé sur la minimisation d’un critère d’énergie par exemple.
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BIBLIOGRAPHIE
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(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.
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(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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