Commande Et Evaluation Des Performances D Un Robot Omnidirectionnel A Roues

Commande et évaluation des performances d'un robot omnidirectionnel à roues

CONTROLE DES EFFORTS DANS UN ROBOT MOBILE A ROUES APPLICATION

LA PRESENTE THESE EST ORIENTEE VERS L'ETUDE D'UN SYSTEME DE COMMANDE EN EFFORT POUR UN ROBOT MOBILE A ROUES. CE ROBOT EST UN ROBOT MOBILE A QUATRE ROUES TRACTANT UN OUTIL ET TRAVAILLANT SUR UN SOL DE TYPE AGRICOLE. LES COMPORTEMENTS DU ROBOT SONT ANALYSES DANS LE CHAPITRE II EN PLUSIEURS VOLETS ET DES MODELES REPRESENTANT CES COMPORTEMENTS SONT ETABLIS. LE MODELE STATIQUE DECRIT LE COMPORTEMENT STATIQUE DU ROBOT, EN REGIME CONTINU, FACE AUX EFFORTS EXTERIEURS. LE MODELE CINEMATIQUE ANALYSE LE MOUVEMENT DU ROBOT A PARTIR DE SA GEOMETRIE ET DES MOUVEMENTS DES ROUES ET DETERMINE LES MOUVEMENTS DES ROUES QUAND LE MOUVEMENT DU ROBOT EST CONNU OU SUPPOSE. LE MODELE DYNAMIQUE ANALYSE LE COMPORTEMENT DU ROBOT MOBILE EN INTRODUISANT LES COMPOSANTES DYNAMIQUES (PAR EXEMPLE L'INERTIE) ET LES VARIABLES DYNAMIQUES (LES ACCELERATIONS DES ROUES, DU CORPS DU ROBOT,). CES MODELISATIONS PERMETTENT D'ETABLIR DES RELATIONS ENTRE LES VARIABLES OPERATIONNELLES (DONT CERTAINES SONT A COMMANDER) ET LES VARIABLES GENERALISEES (CONNUES OU A MESURER). L'INTERACTION AVEC L'ENVIRONNEMENT CONDITIONNE LES PERFORMANCES DU ROBOT, LES MODELES D'INTERACTION ROUE-SOL SONT PRESENTES DANS LE CHAPITRE III ET PARMI CES MODELES, CELUI DE ASAE EST CHOISI. DANS LE CHAPITRE IV, DES MODELES SONT RESOLUS PERMETTANT D'ETABLIR UNE RELATION DIRECTE ENTRE LES VARIABLES ACTIVES ET LES VARIABLES CONNUES. PARMI TOUTES LES SOLUTIONS POSSIBLES, UNE SOLUTION OPTIMALE PEUT ETRE CHOISIE SELON LE PRINCIPE DE DISTRIBUTION LINEAIRE OU DE DISTRIBUTION OPTIMALE. DANS LE CHAPITRE V, DES ALGORITHMES SE BASANT SUR CES LOIS DE DISTRIBUTIONS AINSI QU'UN ALGORITHME ADAPTABLE SONT PROPOSES. DANS LE CHAPITRE VI DES PROCEDURES DE SIMULATION SONT DEVELOPPEES POUR SIMULER LES COMPORTEMENTS ET EVALUER LES PERFORMANCES DU SYSTEME DE COMMANDE. ET ENFIN, DANS LE CHAPITRE VII, LA SYNTHESE DES RESULTATS OBTENUS EST FAITE ET DES PROPOSITIONS D'ETUDES FUTURES SONT SUGGEREES

Commande des mouvements et de l'équilibre d'un robot humanoïde à roues omnidirectionnelles

La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande et l'équilibre des robots humanoïdes disposant d'une base mobile à roues omnidirectionnelles. Les méthodes développées visent à atteindre de hautes performances dynamiques pour ce type de robot, tout en assurant stabilité et équilibre. Les robots humanoïdes ont en général un centre de masse relativement haut en comparaison avec leur surface de contact avec le sol. Ainsi, la moindre accélération des corps du robot induit une large variation de la répartition des forces de contact avec le sol. Si celles-ci ne sont pas correctement contrôlées, alors le robot peut tomber. De plus, le robot disposant d'une base mobile à roues, une perturbation peut l'amener aisément à basculer sur deux roues. Enfin, un intérêt particulier a été apporté à la réalisation d'une commande temps-réel implémentée sur le système embarqué du robot. Cela implique principalement des contraintes concernant le temps de calcul de la loi de commande. Afin de répondre à ces problèmes, deux modèles linéaires du robot ont été réalisés. Le premier permet de modéliser la dynamique du robot lorsque celui-ci possède toutes ses roues en contact avec le sol. Le second permet de modéliser la dynamique du robot lorsque celui-ci bascule sur deux de ses roues. Ces modèles ont été réalisés en prenant en compte la répartition massique du robot. Ainsi, il a été judicieux de le modéliser comme un système à deux masses ponctuelles, pouvant se déplacer sur un plan parallèle au sol. La première correspond au centre de masse de la base mobile, la seconde à celui du reste du robot. Ces modèles sont ensuite utilisés au sein de deux commandes prédictives, permettant de prendre en compte à chaque instant les contraintes dynamiques ainsi que le comportement du robot dans le futur. La première commande permet de contrôler les déplacements du robot lorsque celui-ci possède toutes ses roues en contact avec le sol, lui assurant de ne pas basculer. La seconde permet au robot de se rattraper d'une situation où une perturbation l'amène à basculer, afin de ramener toutes ses roues en contact avec le sol. Aussi, un superviseur disposant d'une machine à état à été réalisé afin de définir quelle loi de commande doit être exécutée à chaque instant. Ce superviseur utilise les capteurs disponibles sur le robot afin d'observer son état de basculement. Enfin, afin de valider expérimentalement le résultat des développements de cette thèse, une série d'expériences a été présentée, mettant en évidence les différents aspects de la loi de commande. Notamment, des essais ont été réalisés concernant le suivi de trajectoires non physiquement réalisables, le rejet de perturbations appliqués à la base mobile, la stabilisation du robot lors de son basculement, ainsi que la compensation de variations de l'inclinaison du sol.