Commande de robots manipulateurs dans l'espace des quaternions duaux

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR ASSIST portant sur le développement d'un robot assistant à deux bras, chacun équipé d'une main. Nous nous intéressons particulièrement au contrôle des bras pour effectuer des tâches de manipulation. Dans ce contexte, une tâche est constituée d'un grand nombre d'étapes : approche de l'objet, saisie, manipulation à un ou deux bras (ouverture d'un bocal, par exemple), transfert vers un humain, dépose, etc. Chaque étape nécessite un contrôle soit en position, soit en force, soit en vision, ou encore selon plusieurs modes à la fois. L'emploi d'une structure de contrôle qui puisse commuter aisément d'un mode à l'autre est nécessaire. De plus, l'utilisation d'une main lors de la saisie, au lieu d'une simple pince, impose une configuration particulière de la main en fonction de la forme de l'objet, c'est-à-dire impose non seulement sa position mais aussi son orientation. Différentes représentations de la position et de l'orientation de l'organe terminal d'un bras manipulateur dans l'espace ont été étudiées. Suivant cette analyse, nous avons développé une nouvelle structure de commande basée sur les quaternions duaux permettant de contrôler simultanément la position et l'orientation de l'effecteur. Cette solution est proposée en cinématique, en dynamique et également à la commande référencée vision. Des simulations et des expérimentations sur différents robots permettent de valider ces méthodes.This thesis is incorporated within the framework of the ANR ASSIST project. The aim of this project is to develop a two-arm manipulator robot to assist quadriplegic individuals in their daily lives. We are particularly interested in the arm control to perform manipulation tasks. In this context, a task consists of many steps: approaching the object, grasping, handling with one or both arms (opening a jar, for example), transferring to a human, dropping off, etc. Each stage requires a control system either in one of the following modes : position, force, vision, or in multiple modes at the same time. A control structure that can easily switch from one mode to another is necessary. In addition, the use of a hand for the manipulation instead of a simple gripper, requires a particular configuration of the hand to be set, depending on the shape of the object, and hence not only the position but also its orientation must be controlled. Different representations of the position and orientation of the end-effector of a manipulator in space were studied. Following this analysis, we developed a new control structure based on dual quaternions for simultaneously controlling the position and orientation of the end-effector. This solution is proposed in kinematic, dynamic and also vision-based control. Simulations and experiments on different robots allowed to validate these methods.PARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF