Soutenance de thèse de Marwan HAMZE

Le contrôle d'équilibre des robots reste un problème complexe qui nécessite des
recherches supplémentaires, en particulier dans le cas des robots humanoïdes. Ceci est
particulièrement vrai lorsque l'interaction robot-environnement est souple, par exemple
lorsque les surfaces de contact sont faites de matériaux mous. L'hypothèse classique
d'interaction rigide échoue dans ce cas, car le contrôleur construit sur cette hypothèse ne
réussit pas à suivre les forces requises pour l'équilibre du robot. Certains travaux dans la
littérature tentent de compenser l'effet de compliance, mais cela ne fonctionne que pour
des effets de compliance relativement faibles. D'autres se sont appuyés sur la
modélisation de l'environnement compliant, mais leurs approches ne fonctionnent que sur
des robots spécifiques contrôlés en couple.
Cette thèse traite le contrôle de l'équilibre des robots pendant l'interaction compliante
avec l'environnement, et propose une stratégie de contrôle qui est applicable à différents types de robots. Un modèle réduit utilisant le modèle visco-élastique des forces est
proposé pour étudier la dynamique imposée par l'interaction compliante sur le robot. Le
modèle prend un nombre quelconque de contacts avec l'environnement, ce qui le rend
utilisable sur des robots quadrupèdes ainsi que sur des robots humanoïdes avec des
configurations de contact multiples. Un processus de linéarisation est utilisé pour
linéariser le système non linéaire, et une représentation de l'espace d'état est utilisée pour
représenter la dynamique linéaire. Pour suivre les forces et les moments au niveau des
contacts avec une bonne précision, les données des capteurs de force sont utilisées dans
un compromis avec la cinématique des contacts. Un programme quadratique linéaire est
utilisé pour générer des signaux d'accélération des membres du robot en contact avec
l'environnement, nécessaires pour minimiser l'erreur d'état. Les signaux d'accélération
sont ensuite incorporés dans un programme quadratique, qui est utilisé pour générer le
mouvement du robot en question.

Abstract:
 

The balance control of robots is still a complex problem that requires additional research,
especially in the case of humanoid robots. This is particularly true when the robot-
environment interaction is compliant, such as when the contact surfaces are made of soft
material. The classical rigid interaction assumption fails in such case, as the controller
built on this assumption struggles to produce the required forces for the robot's balance.
Some works in the literature try to compensate for the compliance effect, but this works
only with relatively small compliance effects. Others have relied on modeling the
compliant environment, but their approaches only work on specific torque-controlled
robots.
This thesis deals with the balance control of robots during compliant interaction with the
environment, and proposes a control strategy that is applicable to different types of
robots. A reduced model using the viscous-elastic model of the forces is proposed to
study the dynamics imposed by the compliant interaction on the robot. The model takes
any number of contacts with the environment, which make it usable on quadruped robots
as well as humanoid robots with multiple contact configurations. A linearization process
is used to linearize the non-linear system, and a state-space representation is used to
represent the linear dynamics. To follow the desired contact forces and moments, the
force sensor data is used in a trade-off with the contacts' kinematics. To minimize the
error of the state, a linear quadratic program is used to generate the required command
signal for this minimization, consisting of acceleration signals of the robot's limbs in
contact with the environment. The acceleration signals are then incorporated into a whole
body quadratic program, which is used to generate the motion of the robot in question.