Conception et commande d'un système robotique d'assistance à la verticalisation et à la déambulation PDF Download

Author: Pascal Médéric
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Languages : fr
Pages : 156

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Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur la conception et la commande d'une interface robotique pour l'assistance à la mobilité des personnes âgées. La conception de l'interface présentée repose sur l'observation expérimentale du geste clinique d'aide aux transferts des sujets âgés. Une plateforme expérimentale caractérise l'assistance du clinicien en terme d'effort et de trajectoire. L'interface d'assistance proposée intègre deux fonctionnalités : l'aide au transfert et l'aide à la déambulation. En caractérisant le geste clinique de rééducation aux transferts on paramètre l'assistance au transfert. Un générateur de trajectoire d'assistance est alors intégré sur l'interface. La compensation de la chute lors des transferts s'obtient par l'utilisation d'un superviseur en logique floue. Ce dernier nécessite l'observation des mesures des interactions utilisateur-interface au niveau des poignées de l'assistant et la mesure du centre de pression de l'utilisateur. Ces différentes observations sont couplées à des règles de bases identifiant la phase de transfert, l'état de stabilité et l'action à mener sur l'utilisateur. Des expérimentations permettent de valider le fonctionnement du superviseur en logique floue de l'interface.

Author: Yang Qian
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Languages : en
Pages : 0

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The purpose of this thesis is to design, model and control of a personal assistant robot used for domestic tasks. In order to make the robot's design more efficient, a virtual simulation system is built using dynamic simulation software. The kinematic model is set up based on modified D-H principle. The dynamic model is built using the Lagrange theorem and elaborated in Matlab. We also employ an energy-based approach for modeling and its bond graph notation ensures encapsulation of functionality, extendibility and reusability of each element of the model. A hybrid algorithm of combining the Jacobian pseudoinverse algorithm with Rapidly-Exploring Random Tree method is presented for collision-free path planning of a redundant manipulator. An intelligent robust controller based on neural network is introduced for the coordinated control of a mobile manipulator. This method does not require an accurate model of the robot. Unknown dynamic parameters of the mobile platform and the manipulator are identified and compensated in closed-loop control using RBF neural network. A similar control algorithm is presented for coordinated force/motion control of a mobile manipulator suffering both holonomic and nonholonomic constraints. Kinematics and dynamics of a dexterous hand manipulating an object with known shape by rolling contacts are derived. A computed torque control algorithm is presented to ensure firm grip, avoid slippage and well track a given motion imposed to the object. The validation of models and different control laws were made by the co-simulation Matlab / virtual model.

Author: Julien Sapin
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9783838183732
Category :
Languages : de
Pages : 360

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De nombreux domaines de la m decine voient dans les progr s r alis s en robotique, en traitement de l'information et dans le domaine des multim dias, une opportunit de d velopper des outils d'assistance robotis s permettant, non seulement d'am liorer les conditions de travail des m decins, mais aussi de proposer aux patients des soins plus efficaces et de meilleure qualit . La m decine physique et de r adaptation n'est pas pass e c t de cette volution, notamment en d veloppant des robots d dicac s la r ducation des membres sup rieurs de patients h mipl giques. Cependant, il existe dans le chef des solutions existantes des lacunes importantes en termes de mobilit , d'ergonomie et de s curit . Partant de ce constat, cette th se a pour objectif de d velopper une solution r pondant ces crit res de haut niveau. Ainsi, elle pr sente une d marche de conception bas e sur des choix pr liminaires offrant un avantage majeur. Ce dernier r side dans la possibilit de d coupler les aspects li s la structure lectrom canique du robot de ceux li s sa commande.

Author: Mohamed Amir Sassi
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Languages : fr
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Depuis quelques décennies, nous témoignons une progression significative des systèmes interactifs tels que les robots agissant en coopération avec l'humain. Ces derniers ont fait leurs preuves dans l'amélioration de la compétitivité des industries. Ceci est rendu possible grâce à leur potentiel à augmenter les performances humaines et à favoriser une plus grande flexibilité tout en laissant le processus décisionnel à l'opérateur. Une telle amélioration est obtenue grâce à une synergie efficace entre l'intelligence des humains, leurs connaissances, leurs dextérités et la force des robots industriels, leurs endurances et leurs précisions. En outre, l'interactivité robotique permet d'assister les humains dans des tâches dangereuses et difficiles. De plus, elle permet d'améliorer et d'éviter les postures inadéquates, pouvant provoquer des douleurs musculo-squelettiques, grâce à un ordonnancement optimal des activités de production et de fabrication. Ainsi, ces deux avantages pourraient réduire le développement des troubles musculo-squelettiques (TMS). D'ailleurs, l'utilisation d'un robot dans une cellule de travail hybride, dans le but de remplacer une tâche répétitive caractérisée par une posture contraignante, pourrait avoir l'avantage de réduire le développement des TMS grâce à un partage adapté des activités de production. Par conséquent, les travaux de ce projet de recherche sont encadrés par une grande problématique qui est la réduction des TMS, dus à des postures contraignantes, grâce à un robot interactif. En effet, les symptômes dus aux TMS constituent, aujourd'hui, l'une des questions les plus préoccupantes en santé et en sécurité au travail du fait de leur forte prévalence et de leurs conséquences tant sur la santé des individus que sur le fonctionnement des entreprises. D'ailleurs, d'après les statistiques, près de 15 % de l'ensemble des travailleurs actifs, au Québec, ont un TMS de longue durée. Toutefois, l'ajout d'un robot possède ses défis : une mauvaise Interaction physique Humain-Robot (IpHR), via un contact direct entre le robot et l'humain à travers un système de captation (par exemple une poignée instrumentée d'un capteur d'efforts à six degrés de liberté), peut générer des vibrations qui demeurent une source d'inconfort pour les opérateurs. En effet, une augmentation de la rigidité structurelle du bras humain peut occasionner un mouvement vibratoire du robot expliqué par le déplacement des pôles (c.-àd. de la dynamique dominante) près de l'axe imaginaire. Ce projet de recherche comporte deux parties. La première traite de deux approches visant à satisfaire une interaction humain-robot plus intuitive et plus sécuritaire tout en détectant et en minimisant les vibrations mécaniques qui pourraient être générées lors d'une telle interaction. La première approche consiste à détecter et à minimiser les vibrations par un observateur de vibrations de type analyse statistique. Cette dernière a été réalisée avec un signal électrique prélevé par le biais de deux capteurs de force et de vitesse qui sont localisés sur un mécanisme robotique à un degré de liberté lors d'une IpHR dans un contexte réel. La deuxième approche, quant à elle, consiste à concevoir et à développer un second observateur de vibrations actif de type réseau de neurones artificiels dans le but de détecter et de minimiser, en temps réel, les vibrations lors d'une IpHR. Ces algorithmes seront optimisés et comparés pour des fins de mise en oeuvre pratique. La deuxième partie de ce projet de recherche traite d'une mise en oeuvre d'une commande d'un mécanisme robotique à quatre degrés de liberté avec un système haptique virtuel, composé de deux objets virtuels interfacés par la réalité augmentée (RA) grâce aux lunettes Epson Moverio BT-200. Ce système vise à assister et à faciliter les tâches d'assemblages en industrie, surtout dans le cas de la présence d'un obstacle situé dans le champ visuel entre l'opérateur et les pièces à assembler. L'interaction avec ce système virtuel a été introduite, dans un premier temps, par le biais d'un dispositif haptique (le PHANToM Omni) dans le but de tester la plateforme d'assemblage en réalité augmentée. Dans les travaux futurs, le PHANToM Omni sera remplacé par un mécanisme parallèle entraîné par des câbles afin de simuler différents types de robot industriel. Dans cette recherche, le PHANToM permettra de télé-opérer l'effecteur d'un robot industriel simulé dans Robotic Operating System (ROS).

Author: MARIE CLAUDE.. SEGUILLON
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Languages : fr
Pages : 79

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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DES RECHERCHES EFFECTUEES A L'INRIA POUR L'AMELIORATION DE LA COMMANDE DES MANIPULATEURS RIGIDES. L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST DE METTRE AU POINT UNE COMMANDE ROBUSTE ET PERFORMANTE POUR DES MODULES DE TRANSLATION ET DE ROTATION, CONSTITUES DE COMPOSANTS HYDRAULIQUES. CES MODULES DE MOTRICITE SONT CONCUS POUR CONSTRUIRE UN MANIPULATEUR D'ASSEMBLAGE EN MICRO-MECANIQUE DONT UN PROTOTYPE EST EN COURS DE REALISATION. LES CONTRAINTES ESSENTIELLES QUE DOIT RESPECTER UN ROBOT UTILISABLE DANS UN ATELIER FLEXIBLE D'ASSEMBLAGE AUTOMATIQUE, SONT LA RAPIDITE, LA PRECISION, LA ROBUSTESSE ET LA MODULARITE. CES DIFFERENTS ASPECTS SONT PRIS EN COMPTE POUR LE CHOIX DE LA STRUCTURE GEOMETRIQUE, DES ACTIONNEURS DU MANIPULATEUR ET AUSSI DANS LA REALISATION DE LA COMMANDE. AINSI, A PARTIR D'UN MODELE DE CONNAISSANCE ETABLIT GRACE A UNE MODELISATION PRECISE DES MODULES DE MOTRICITE, UN REGULATEUR ISSU DES TECHNIQUES DE COMMANDE LINEAIRE ET DE COMMANDE OPTIMALE EST DEVELOPPE. LA VALIDATION DE L'ALGORITHME DE CONTROLE EST FAITE PAR SIMULATION EN TENANT COMPTE DES CARACTERISTIQUES DES ACTIONNEURS HYDRAULIQUES, MAIS AUSSI DES COUPLAGES ET DES VARIATIONS D'INERTIE DANS LE CAS OU LES MODULES DE MOTRICITE SONT ASSOCIES EN UNE CONFIGURATION RPP. L'ETUDE COMPREND L'IMPLANTATION DES ALGORITHMES DE CONTROLE DANS UN ENSEMBLE MULTIPROCESSEURS

Author: Catherine Rafflin
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Languages : fr
Pages : 182

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CETTE THESE PRESENTE UN SYSTEME DE PROGRAMMATION ET DE COMMANDE DE ROBOTS MOBILES PAR APPRENTISSAGE. DANS LE BUT D'ASSURER LA FAISABILITE DES MISSIONS, NOUS AVONS MIS AU POINT UNE METHODE D'APPRENTISSAGE DES TRAJECTOIRES GRACE A LAQUELLE LE ROBOT CONNAIT D'UNE PART, LES CHEMINS DES MISSIONS ET D'AUTRE PART, LES ACTIONS A ACCOMPLIR. L'ORIGINALITE DE LA METHODE RESIDE DANS L'UTILISATION CONJOINTE D'UNE BASE DE DONNEES DE TRAJECTOIRES APPRISES ET D'INFORMATIONS DELIVREES EN LIGNE PAR LES CAPTEURS, DE FACON A AUTORISER DES MANUVRES TELLES QUE LE RECALAGE DU ROBOT OU LES EVITEMENTS D'OBSTACLES. DANS LE PREMIER CHAPITRE, NOUS POSONS LE PROBLEME DE LA COMMANDE DE ROBOTS MOBILES EN ENVIRONNEMENT INTERIEUR, TANT SUR LE PLAN DES STRATEGIES DE NAVIGATION QUE SUR LE PLAN DES SYSTEMES DE LOCALISATION OU DES STRUCTURES DE COMMANDE. DANS LE DEUXIEME CHAPITRE, NOUS PRESENTONS LA PHASE D'ACQUISITION DES TRAJECTOIRES. PENDANT CETTE ETAPE PRINCIPALE, LE ROBOT EST TELEOPERE TANDIS QUE SON SYSTEME DE LOCALISATION EST ACTIF ET DELIVRE DES INFORMATIONS QUI SONT TRAITEES PUIS MEMORISEES SOUS FORME DE FICHIERS D'APPRENTISSAGE. L'EXECUTION D'UNE TRAJECTOIRE APPRISE NECESSITE D'UNE PART, UNE GENERATION DE MOUVEMENT QUI UTILISE AUSSI BIEN DES POINTS ACQUIS EN LIGNE QUE DES POINTS ACQUIS PENDANT LA PHASE D'APPRENTISSAGE, ET D'AUTRE PART, LE CALCUL DES VARIABLES DE COMMANDE POUR LE ROBOT CONSIDERE. NOUS DECRIVONS L'UNE ET L'AUTRE DANS LE TROISIEME CHAPITRE. LE QUATRIEME CHAPITRE PRESENTE TOUS LES OUTILS NECESSAIRES A L'APPRENTISSAGE DES TRAJECTOIRES D'UN ENSEMBLE DE MISSIONS TELS QUE LA STRUCTURATION DES CHEMINS, LA VALIDATION ET LA CORRECTION EVENTUELLE DES FICHIERS D'APPRENTISSAGE, LA GESTION DE L'ENCHAINEMENT DES PHASES, L'INTERFACE HOMME/MACHINE, LA PROGRAMMATION DES ACTIONS DU ROBOT. NOUS AVONS IMPLANTE LE SYSTEME COMPLET DE PROGRAMMATION ET DE COMMANDE PAR APPRENTISSAGE SUR LE ROBOT DU PROJET FIRST, DEDIE AU TRANSPORT DE CHARGES EN MILIEU HOSPITALIER. DANS LE DERNIER CHAPITRE, NOUS PRESENTONS CE PROJET, L'IMPLANTATION DU SYSTEME ET LES DIFFERENTS ESSAIS EFFECTUES

Author: Carlos A. Cifuentes
Publisher: Springer Nature
ISBN: 3030796302
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 384

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The concepts represented in this textbook are explored for the first time in assistive and rehabilitation robotics, which is the combination of physical, cognitive, and social human-robot interaction to empower gait rehabilitation and assist human mobility. The aim is to consolidate the methodologies, modules, and technologies implemented in lower-limb exoskeletons, smart walkers, and social robots when human gait assistance and rehabilitation are the primary targets. This book presents the combination of emergent technologies in healthcare applications and robotics science, such as soft robotics, force control, novel sensing methods, brain-computer interfaces, serious games, automatic learning, and motion planning. From the clinical perspective, case studies are presented for testing and evaluating how those robots interact with humans, analyzing acceptance, perception, biomechanics factors, and physiological mechanisms of recovery during the robotic assistance or therapy. Interfacing Humans and Robots for Gait Assistance and Rehabilitation will enable undergraduate and graduate students of biomedical engineering, rehabilitation engineering, robotics, and health sciences to understand the clinical needs, technology, and science of human-robot interaction behind robotic devices for rehabilitation, and the evidence and implications related to the implementation of those devices in actual therapy and daily life applications.

Author: ROGER.. PISSARD-GIBOLLET
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Category :
Languages : fr
Pages : 159

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LES TECHNIQUES, DESORMAIS CLASSIQUES, D'ASSERVISSEMENT VISUEL, SONT UTILISEES POUR LA COMMANDE DE BRAS MANIPULATEURS OU LA VISION ACTIVE MAIS IL N'EXISTAIT PAS ENCORE D'APPLICATIONS EN ROBOTIQUE MOBILE. LE PROBLEME PRINCIPAL DE L'UTILISATION DE CES TECHNIQUES POUR UN ROBOT MOBILE EST DU A LA PRESENCE DE LIAISONS MECANIQUES NON-HOLONOMES QUI LIMITENT LES MOUVEMENTS DU ROBOT. NOUS PROPOSONS UNE APPROCHE ORIGINALE ET GENERALE UTILISANT LA COOPERATION DES MOUVEMENTS D'UNE BASE MOBILE MUNIE D'UN BRAS MANIPULATEUR QUI PORTE UNE CAMERA. LE FAIT DE CONTROLER LES MOUVEMENTS DE LA CAMERA PLUTOT QUE CELUI DE LA BASE PERMET DE CONTOURNER LES LIMITATIONS DES CONTRAINTES NON-HOLONOMES EN CONSIDERANT L'ENSEMBLE MECANIQUE BASE ET BRAS. CETTE MODELISATION PERMET D'UTILISER LE FORMALISME DE LA COMMANDE REFERENCEE VISION DESTINEE EN PREMIER LIEU AUX BRAS MANIPULATEURS RIGIDES. EN UTILISANT LA NOTION DE LIAISONS VIRTUELLES, NOUS ENUMERONS ET ILLUSTRONS EN SIMULATION UN ENSEMBLE DE TACHES ELEMENTAIRES REFERENCEES VISION DESTINE A GUIDER UN ROBOT MOBILE PLACE DANS UN ENVIRONNEMENT STRUCTURE D'INTERIEUR DE TYPE BUREAU. POUR LA REALISATION DE TACHES ROBOTIQUES PLUS COMPLEXES COMPOSEES D'UN ENCHAINEMENT DE TACHES ELEMENTAIRES, NOUS DONNONS UN CADRE FORMEL POUR GERER LES PROBLEMES DE TRANSITION ENTRE TACHES REFERENCEES VISION. NOUS AVONS MENE CES TRAVAUX DES SPECIFICATIONS A L'EXPERIMENTATION (REALISATION D'UN ROBOT MOBILE, ENVIRONNEMENT DE PROGRAMMATION). FINALEMENT, POUR VALIDER TOUTE CETTE APPROCHE, NOUS AVONS IMPLEMENTE UNE TACHE DE POSITIONNEMENT VIS A VIS D'UN CONE

Author: Michel Fouquet
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Languages : fr
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LES TRAVAUX PRESENTES CONCERNENT L'ETUDE ET LA REALISATION DU SYSTEME DE COMMANDE D'UN ROBOT-MANIPULATEUR SITUE SUR UNE STATION ORBITALE. APRES AVOIR ANALYSE SES CARACTERISTIQUES, UNE METHODE D'OBTENTION AUTOMATIQUE DES MODELES STATIQUE, CINEMATIQUE ET DYNAMIQUE A ETE DEVELOPPEE. LES ALGORITHMES CORRESPONDANTS ONT ETE APPLIQUES EN VUE D'ELABORER UNE LOI DE COMMANDE ASSURANT LE DECOUPLAGE DES ARTICULATIONS

Author: Marc-Antoine Lacasse
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Languages : fr
Pages : 235

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Cette thèse s'attarde sur plusieurs aspects de la collaboration humain-robot, dont le développement d'interfaces de contrôle, la conception de robots plus sécuritaires ainsi que le développement d'algorithmes de contrôle. Le tout est réparti sur 7 chapitres. Le premier chapitre présente une brève introduction ainsi que la méthodologie employée au cours de la thèse. Le deuxième chapitre présente une méthode d'équilibrage statique par contrepoids. Une transmission hydraulique permet de déporter facilement le contrepoids à l'extérieur de l'espace de travail du système équilibré. L'utilisation de cylindres à membrane permet une transmission fluide avec un minimum de friction. Dans le troisième chapitre, nous exploitons ce principe d'équilibrage pour développer un bras de robot sériel à 7 ddls. Deux mécanismes d'équilibrage sont proposés et testés d'abord sur des bancs d'essai puis sur le prototype final. Un banc d'équilibrage à deux plateaux permet d'ajuster la pression des cylindres avec une seule charge mobile pour s'adapter à la masse soulevée par le bras. Dans le quatrième chapitre, nous développons un algorithme de commande exploitant la redondance du bras développé précédemment. Puisque les critères courants d'exploitation de la redondance dépendent de la situation, nous laissons le soin à l'opérateur de gérer lui-même cette redondance. Notre algorithme implémente une commande standard en admittance qui combat les perturbations indésirables à l'effecteur. Cependant, elle permet aux perturbations qui n'affectent pas la position de l'effecteur de modifier la configuration du robot. Le cinquième chapitre présente le développement d'un capteur tactile à base de silicone et noir de carbone. Les propriétés du mélange de silicone et noir de carbone sont étudiées afin d'optimiser la sensibilité du matériau. Nous proposons ensuite un modèle mathématique de la piézorésistivité du matériau afin d'estimer la pression appliquée et nous présentons des méthodes de fabrication du capteur et d'acquisition des signaux. Dans le sixième chapitre, nous développons un système de freinage passif adapté aux systèmes de ponts roulants. Le système permet d'appliquer à la charge transportée une force de freinage proportionnelle à sa vitesse. Une interface de contrôle intuitive permet à l'opérateur d'activer le système au besoin. Le septième chapitre présente une brève conclusion de la thèse.