Optimal-jerk Control of a Humanoid Robot for Gait Pattern Generation in Three-dimensional Space
Contribution à l'Optimisation par Minimum Jerk de la Locomotion d'un Robot Humanoïde dans un Espace Tridimensionnel
Résumé
Prospective gait pattern generation is one of the main challenges of research dedicated to bipedal and humanoid robots. In this thesis, an optimal jerk stiffness controller is proposed to produce stable gait pattern generation for Humanoid robots in rough terrain. The optimal jerk controller is different from the point-to-point and via-Point conventional approaches as trajectories are planned in the Cartesian space system whereas control laws are expressed in the joint space. Its major contribution resides in the generation of stable semi elliptic Cartesian trajectories during the swing phase that do combine benefits of trigonometric and polynomial functions. The stiffness controller is designed without gravity compensation and ensures for the robotic system elastic and stable contact forces with the ground during the impact and the double support phases. Not only, the control strategy proposed needs very few sensors to be implemented but also it ensures robustness to sensory noise and safety with rough terrain. Simulation results are performed on a female humanoid robot prototype composed of 15 links and 26 degrees of freedom with a weight of 70 Kg and a height of 1,73 m. The anthropomorphic model and the physical parameters of the Humanoid robot are elaborated based on the Winter’s model. The dynamic modeling of the humanoid robot, is accurately developed, in the three dimensional space using the Newton-Euler formalism. A clear and a systematic approach is established so that starting from generalized motion equations of all rigid bodies of the Humanoid robot, a reduced dynamical model is obtained and expended either for simulation propositions or implemented for any given control law.
A une époque où foisonnent les innovations technologiques, les robots Humanoïdes représentent plus que jamais un sujet inépuisable de recherche scientifique qui vise à comprendre le fonctionnement de l’être humain dans toute sa complexité à travers la reproduction de ses mécanismes, reflexes et aptitudes physiques. Parmi les fonctions motrices, la mise en œuvre d’un cycle de marche constitue indéniablement la fonctionnalité la plus étudiée. La réalisation d’un cycle de marche robotique est un problème complexe qui nécessite la réalisation de trois objectifs : la satisfaction d’un critère de stabilité adéquat, la génération d’une trajectoire de référence et la commande du robot bipède pour l’optimisation de la trajectoire désirée. Cette thèse s’inscrit dans cette thématique. Elle apporte particulièrement une contribution à la réduction de la dimension des modèles dynamiques des robots humanoïdes et à l’optimisation par Minimum Jerk de la locomotion de ces robots dans un espace tridimensionnel. Les méthodologies proposées ont été validées sur un nouveau prototype de robot humanoïde féminin de masse 70 kg et de hauteur 1,73m et doté de 15 corps rigides auxquels sont associés 26 degrés de liberté de type rotoïde. Le modèle anthropométrique du robot Humanoïde ainsi que ses paramètres physiques sont conçus sur la base du modèle de Winter qui livre des proportions segmentaires normalisées indicatives.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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