Development and control of an intelligent social robot

Résumé

Les robots humanoïdes rencontrent un défi majeur pour obtenir des mouvements stables en raison des mouvements complexes des jambes et de la puissance de traitement limitée. Le robot NAO, développé par Aldebaran Robotics, met en évidence ces difficultés avec son système de marche rigide, qui restreint les améliorations en matière de contrôle et de vitesse. Ces restrictions entraînent des mouvements non naturels, une efficacité énergétique réduite et une probabilité accrue de chutes, en particulier dans des circonstances imprévisibles. L’importance de la stabilité dynamique et du contrôle de l’équilibre pour un mouvement efficace des robots sur différentes surfaces a conduit à un intérêt croissant pour le contrôle du mouvement humain-robot. De nombreuses recherches se sont concentrées sur la découverte de modèles de marche permettant aux robots humanoïdes de maintenir une stabilité dynamique et de s’adapter à différentes surfaces, y compris la création de démarches statiques pour la stabilité et l’adaptabilité. L’étude de la stabilité dynamique a été cruciale pour comprendre la marche des robots, en mettant l’accent sur le contrôle de l’équilibre comme essentiel pour la locomotion bipède. Cette connaissance est directement appliquée aux robots humanoïdes, soulignant la nécessité d’une réponse rapide, du maintien de l’équilibre et de la marche rapide pour une interaction efficace dans le monde réel. Ainsi, les avancées en matière de stabilité améliorent la compréhension théorique et soutiennent la fonctionnalité pratique des robots humanoïdes dans des environnements dynamiques. Malgré ces avancées, plusieurs défis persistent, notamment l’adaptation aux dynamiques inconnues, l’efficacité énergétique, la complexité du contrôle, l’adaptabilité au terrain et l’intégration d’interactions réactives avec des environnements changeants. La première étape de cette thèse a consisté à effectuer des simulations approfondies pour analyser les modèles dynamiques du robot NAO. De plus, notre méthodologie a été mise à l’épreuve dans divers scénarios réels, montrant la capacité du robot NAO à atteindre une locomotion stable à haute vitesse et sur des surfaces inclinées. En outre, le système convertit le couple en commandes positionnelles exécutables, permettant un contrôle précis et efficace des mouvements du robot NAO. Cela garantit que le robot peut effectuer des tâches complexes avec précision et fiabilité, améliorant ainsi son efficacité opérationnelle. Cette thèse améliore la stabilité de la marche du robot NAO avec trois stratégies de contrôle innovantes. Tout d’abord, la combinaison des Techniques de Fonction d’Approximation Modifiée (MFAT) avec le contrôle adaptatif par mode glissant permet un contrôle précis des moteurs du robot NAO virtuel. Deuxièmement, l’approche basée sur le Mode Glissant Terminal à Temps Fixe avec Observateur de Perturbation Non Linéaire (NDO-FTSM) gère efficacement les entrées de couple et réduit les erreurs de suivi à zéro dans des conditions incertaines. Enfin, le contrôle par Mode Glissant Terminal à Temps Fixe avec Estimation du Délai de Temps (TDE) améliore la stabilité en cas de perturbations et de ressources computationnelles limitées du robot NAO.

Date	10 oct. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Maarouf Saad (Directeur(-trice)), Mohammad H. Rahman (Codirecteur(-trice)) & Roberto Erick Lopez Herrejon (Codirecteur(-trice))