Modeling and compensation of linear and nonlinear defects in electromechanical transmissions of humanoid robots

Modélisation et compensation des déficiences linéaires et non linéaires dans les transmissions électromécaniques des robots humanoïdes

Viacheslav Khomenko (1)

1 LISV - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles

Walking robots need precise control for legs articulations because it influence their equilibrium. It is necessary to compensate vibrational effects caused by imperfections in their articulations, like elasticities, mechanical backlashes, frictions and structural deformations and those appearing during shocks with the ground or when forces become significant. Our approach consists in correcting the inputs of the robot control system in a robust way according to variations of functional conditions and robot parameters. To reach this objective, we use adaptive and learning control methods, nonlinear oscillators. The research problematic, objectives, and state of the art are presented in the chapter 1. As it’s necessary to know exact torques of a robot, we present in the chapter 2 an approach of polyarticulated multi-masses systems modeling that takes into account its control system, mechanical transmissions and nonlinearities of transmissions. Experimental validations are carried on the biped robot ROBIAN. The chapter 3 explains the instrumentation of the non-direct articulation accelerations measurement method based on distributed accelerometer measurements on the body of the robot. The chapter 4 concerns experimental validation of compensation and control methods for ROBIAN for different kinds of flexion/extension movements.

Les robots marcheurs demandent un contrôle articulaire des jambes précis car cela influence leur équilibre. Il est important de compenser les effets vibratoires provoqués par les imperfections dans leurs articulations comme les élasticités, les jeux mécaniques, les frottements, les déformations structurelles et celles qui apparaissent lors des chocs contre le sol ou lorsque les efforts deviennent importants. Notre démarche consiste à ajouter une correction dans les boucles d’asservissement articulaires du robot qui améliore la robustesse par rapport aux changements des conditions du fonctionnement et aux paramètres du robot. Pour atteindre cet objectif, nous comparons différentes méthodes dont celles de contrôle par adaptation et par apprentissage, à base d’oscillateurs non linéaires. Dans le chapitre 1, la problématique et les objectifs de la recherche, l’état de l’art sont présentés. Dans le but de connaitre les couples articulaires exacts d’un robot, le chapitre 2 présente la modélisation des systèmes polyarticulés multimasses avec système d’asservissement, les transmissions prenant en compte les non linéarités articulaires. La validation expérimentale est donnée pour le robot bipède ROBIAN. Le chapitre 3 explique le système d’instrumentation de mesure indirecte à base d’accéléromètres permettant de calculer des accélérations articulaires à partir des mesures réparties sur le corps d’un robot marcheur. Le chapitre 4 concerne la validation expérimentale des méthodes de compensation et de contrôle sur ROBIAN.

Mots clés: humanoid robot; defect; accelerometer; oscillator

Mots clés: robot humanoïde; déficience; accéléromètre; oscillateur

Domaines: Robotique [cs.RO]; Automatique; Systèmes et contrôle [cs.SY]; Apprentissage [cs.LG]; Sciences de l'information et de la communication

Viacheslav Khomenko. Modélisation et compensation des déficiences linéaires et non linéaires dans les transmissions électromécaniques des robots humanoïdes. Robotique [cs.RO]. Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines; National Technical University of Donetsk, 2013. Français. ⟨NNT : 2013VERS0069⟩. ⟨tel-01155002⟩