Contribution à la Commande Robuste des Systèmes Robotiques Contraints à Base d'Estimateurs d'Etat et de Paramètres

Stiffness and impedance control concepts are used to solve the position and force control problem of constrained robotic systems. New asymptotic stability conditions are proposed using a suitable Lyapunov approach based on the relationship between the dynamics of the robot and its energy. Position/force control of constrained robot arms with model uncertainties is also solved via disturbance state and parameter observers. Controller parameters are optimized offline using a PSO algorithm. Using the proposed control scheme, the designed robust control laws are verified using the ABB IRB-140 industrial robot simulator under model uncertainties and measurement noise.Dans le domaine de la robotique, la commande des robots contraints est considérée, jusqu'à nos jours, l’un des problèmes les plus cruciaux à résoudre. En effet, pour effectuer les taches qui leur sont assignées, un grand nombre de robots manipulateurs doivent entrer en contact avec leur environnement. Par ailleurs, ils nécessitent non seulement une commande en position mais aussi en force ce qui peut provoquer une instabilité du système robotique contraint en générant une destruction de l’environnement et/ou du robot. La commande des systèmes robotiques contraints est par ailleurs un problème de commande multivariable et non linéaire inhérent à deux objectifs conflictuels : toute position élimine la force associée dans une direction de l’espace opérationnel et vis vers ça. Dans cette Thèse, des solutions à ce problème complexe sont proposées en utilisant des stratégies de commande par raideur active et par impédance via de nouvelles conditions de stabilité asymptotique au sens de Lyapunov. Tous les nouveaux résultats développés sous différentes hypothèses, se basent essentiellement sur une relation entre la dynamique propre du système robotique contraint et l’énergie qui lui est injectée. Deux cas de figures ont été principalement considérées : le cas où les régulateurs ne tiennent pas compte des incertitudes sur le modèle robotique et sur l’environnement et le cas où ce type d’incertitudes sera considéré. D’autre part, pour remédier aux problèmes dus aux capteurs de force/couple, à l’incertitude sur les paramètres inertiels et aux perturbations appliquées sur le processus, un estimateur d’état et de paramètres avec rejet de perturbations a été synthétisé. Ce système fournit une force précise et une estimation de l'état en présence d’incertitudes sur les paramètres inertiels du robot et en présence de bruits de mesure. Un second observateur est aussi proposé pour résoudre le problème de la mesure de l’accélération. Les différentes lois de commande non linéaires proposées dont les paramètres sont optimisés via des stratégies d’optimisation à essaim de particules multiobjectifs sont finalement validés sur un simulateur d’un robot industriel ABB IRB-140 à 6 degrés de liberté