Optimisation des capacités de franchissement des robots mobiles hybrides "roues-pattes"
Résumé
The research presented in this thesis report focuses on the optimization of crossing capabilities for "wheel-legged" hybrid mobile robots. We consider that a robot is able to overcome an obstacle if he is able, for each geometric configuration of the contact points encountered during the crossing , to balance the external forces applied to it while maintaining contact adhesion. Our approach consist in using two features of poly-articulated robots in order to optimize the distribution of contact forces. Firstly, the actuation redundancy allows the application of internal forces. Secondly, the kinematic redundancy allows to change the CoM position, changing the set of possible solutions to the force distribution problem. The criterion used for the optimization measures the contacts stability robustness relatively to uncertainties in the force control. It was chosen based on a comparative analysis of different criteria used in the field of grasping. The resulting control algorithm allows for simultaneous control of both robot movements and contact forces. Experimental results on robot HyLoS 2 show that the algorithm allow for the crossing of an obstacle represented by a slope of 60\char6 with a height of 19 cm, while the wheels radius is only 7 cm.
On considère qu'un robot est en mesure de franchir un obstacle s'il est capable, pour chaque configuration géométrique des contacts rencontrée durant le franchissement, d'équilibrer les actions extérieures qu'il subit tout en préservant l'adhérence des contacts. Notre approche consiste à optimiser la répartition des efforts de contact afin de maximiser un critère qualifiant la performance du franchissement. Pour cela, nous mettons à profit deux caractéristiques des robots poly-articulés. D'une part, la redondance d'actionnement permet l'application de forces internes modifiant la répartition des efforts entre les différents points de contact. D'autre part, la redondance cinématique permet de changer la position du point d'application des forces de gravité en déplaçant le centre de masse relativement à la position des contacts, modifiant ainsi l'espace des solutions au problème de distribution des forces. Le critère utilisé qualifie la robustesse du franchissement vis-à-vis des incertitudes de la commande en efforts. Elle est choisie à partir d'une analyse comparative des différents critères utilisés dans le domaine de la préhension dextre. L'algorithme de commande que nous développons permet le contrôle simultané des mouvements du robot et des efforts aux contact. Il est d'abord validé par une série de simulations dynamiques puis vérifié sur le prototype de robot hybride HyLoS 2. Ce robot à 4 "roues-pattes" possède 16 ddl et est en mesure de franchir un obstacle représenté par une pente de 60\char6 ayant une hauteur de 19 cm alors que le rayon de ses roues est de 7 cm.
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