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RÉSUMÉ
Les robots humanoïdes sont des systèmes mécaniques poly-articulés capables de se déplacer et d’interagir avec leur environnement. Leurs liaisons avec l’environnement ont des degrés de mobilité variables et sont souvent temporaires et unilatérales, notamment au niveau des pieds. Par conséquent à l’aide des outils classiques de modélisation des robots, cet article présente les spécificités liées à ces robots humanoïdes. Ces spécificités sont un repère de référence flottant par rapport au repère fixe absolue et des modèles de contact environnement/robot complexes et variables. La prise en compte explicite de l’interaction entre le robot et le sol est une source prometteuse pour le développement de lois de commandes dédiées aux robots humanoïdes en environnement non structuré. Cet article se termine par la présentation du modèle Linear Inverted Pendulum qui est très utilisé pour la commande des robots humanoïdes.
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Humanoid robots are poly-articulated mechanical systems that use their environment to move and to interact with them. Their links with the environment have a variable number of degree of freedom and are oft temporary and unilateral, especially at feet. Therefore from the classic modeling tools, this article presents the specificities of these humanoid robots. These features are a floating reference frame, relative to a fixed world frame and environment/robot contact models that are complex and variable. The explicit consideration of the interaction between the robot and the ground is a promising source for the development of control laws dedicated to humanoid robots in unstructured environment. The paper concludes by presenting the model ‘‘Linear Inverted Pendulum’’, which is conventionally used for the control of humanoid robots.
Auteur(s)
-
Gabriel ABBA : Professeur des universités à l'ENI de Metz et au Laboratoire de conception fabrication commande (LCFC, EA 4495)
-
Yannick AOUSTIN : Maître de conférences à l'université de Nantes, Institut de recherche en communication et cybernétique de Nantes (IRCCyN, UMR CNRS 6597)
INTRODUCTION
La notion de robot humanoïde a été introduite au début des années 1970 pour qualifier des robots mobiles ayant des caractéristiques anthropomorphiques par opposition aux robots industriels solidaires d'une base fixe. Le[nbsp ]but de la recherche en robotique humanoïde est d'approcher le plus possible les performances de locomotion de l'humain. Depuis les premiers travaux de Ichirô Katô et ses collègues de l'université Waseda de Tokyo, de remarquables progrès ont été effectués, notamment en ce qui concerne l'étude de la stabilité d'un robot humanoïde, ses allures de marches, voire de course. Néanmoins, les performances d'un robot humanoïde doivent encore être nettement améliorées avant qu'il puisse rivaliser avec celles d'un être humain. Les frottements au niveau des articulations et des transmissions mécaniques ne sont pas négligeables alors qu'ils sont quasiment nuls chez l'humain. L'autonomie du robot humanoïde, sa puissance massique, sa résistance aux chocs, la répartition optimale de sa masse, sa locomotion sur terrain accidenté, l'accomplis- sement de tâches sécurisées en collaboration avec un humain, son évolution dans un environnement encombré d'obstacles sont autant de défis qui restent actuels. La modélisation de ces robots représente un aspect essentiel des recherches dans ce domaine, en particulier grâce à des modèles physiques très précis tenant compte des phénomènes de contact et de la dynamique du robot.
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MOTS-CLÉS
capteurs applications normalisation Réglementation Robotique Moteurs Modèle de robots humanoïdes Modèles de contact
KEYWORDS
sensors | practical applications | Standardization | Regulation | Robotics | Motors | Modeling of Humanoid robots | Modeling of contact
DOI (Digital Object Identifier)
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Cinématique du robot humanoïde
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2. Géométrie du robot
2.1 Matrice de transformation et paramétrage
La description dans l'espace d'un robot humanoïde composé de m corps considérés comme rigides et avec n degrés de liberté nécessite 6 + n variables. Les six premières décrivent la position et l'orientation par rapport à un repère fixe galiléen Fg d'un de ses m corps, qui est choisi comme corps de référence. Les autres n variables permettent de décrire la configuration de ses articulations. Si le nombre 6 + n est minimal, les variables utilisées pour la description du robot humanoïde sont appelées « coordonnées géné- ralisées ». Le repère lié à l'articulation j est noté Fj . Contrairement au robot manipulateur à base fixe, le repère de référence F 0 est mobile (figure 1). Il peut être placé sur n'importe lequel des m corps. L'avantage de le placer sur la semelle d'un des deux pieds est de prendre en compte directement le torseur des efforts du sol sur ce pied. Soit g p 0 le vecteur qui exprime la position cartésienne de F 0 dans Fg . La matrice de rotation qui exprime l'orientation F 0 dans Fg est notée g R 0 . Elle est fonction des angles de roulis, tangage et lacet, notés respectivement ø, Θ et ψ. La matrice de transformation homogène qui définit F 0 dans Fg est :
( 1 )
avec σ l'ensemble des angles d'orientation,
. La transformation qui amène le repère F 0 sur le repère Fj est définie par la matrice de transformation homogène :
...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ACARY (V.), BROGLIATO (B.) - Coefficients de restitution et efforts aux impacts. Revue et comparaison des estimations analytiques. - Rapport de Recherche 5401, INRIA (2004).
-
(2) - ANTOINE (J.-F.), VISA (C.), SAUVEY (C.), ABBA (G.) - Approximate analytical model for hertzian elliptical contact problems. - Journal of Tribology, 128(3), p. 660-664 (2006).
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(3) - ARNOLD (V.) - Mathematical methods of classical mechanics. - Springer-Verlag (1989).
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(4) - CIAVARELLA (M.) - Frictional energy dissipation in hertzian contact under biaxial tangential harmonically varying loads. - Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 49(1), p. 27-32 (2014).
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(5) - FORMAL'SKII (A.M.) - Motion of anthropomorphic biped under impulsive control. - In Proc. of Institute of Mechanics, Moscow State Lomonosov University : « Some Questions of Robot's Mechanics and Biomechanics », In Russian, p. 17-34 (1978).
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