Nonlinear control of a seven degrees-of-freedom exoskeleton robot arm

Résumé

Les progrès dans le domaine de la robotique ont permis l’intégration de plus en plus de dispositifs robotisés pour la réadaptation des personnes avec un handicap physique. Ce travail de recherche englobe tout le domaine de la robotique de réadaptation; il présente l’évolution du robot ETS-MARSE, un exosquelette à sept degrés de liberté destiné à être porté par le bras humain. Les développements incluent l’étude et l’implémentation d’une approche de contrôle non linéaire relativement nouvelle, ainsi que différents programmes de réadaptation. Une des caractéristiques d’un robot de réadaptation est qu’il est utilisé par un grand nombre de patients qui ont des conditions physiologiques et biomécaniques diverses. L’implémentation de la technique de contrôle non linéaire, connue sous le nom de Virtual Decomposition Control, atteint cette exigence grâce à son adaptation de paramètres internes qui présente un comportement robuste pour les différentes caractéristiques des utilisateurs de robot. En outre, cette technique simplifie la complexité des robots possédant de hauts degrés de liberté par son innovante décomposition du système. De plus, elle lui assure une stabilité asymptotique et un excellent suivi de trajectoires. Parmi les différents programmes de réadaptation, nous pouvons nommer : la réadaptation passive, la réadaptation active-assistée et la réadaptation active. La première suit des trajectoires prédéfinies et s’appuie sur l’efficacité du dispositif de commande. Les deux autres programmes ont besoin d’une méthode de compréhension de l’intention du mouvement de l’utilisateur; ils peuvent donc prendre une action de suivre, guider, retenir ou corriger le mouvement. À cet effet, notre première approche utilise un capteur de force comme l’interface humain-robot afin de transformer, par l’intermédiaire d’une fonction d’admittance, les forces que l’utilisateur exerce sur l’effecteur du robot et exécuter la réadaptation active-assistée ou la réadaptation active. Enfin, entre les principaux développements de ce travail, une approche est présentée, dans laquelle la nécessité d’un capteur de force pour effectuer certaines tâches de réadaptation active est supprimée. Au moyen d’un observateur non linéaire, les forces d’interaction sont estimées et l’intention de mouvement de l’utilisateur s’ensuit. Les résultats expérimentaux montrent l’efficacité de toutes les approches proposées. Tous les essais qui ont été faits sur des humains ont été testés avec des sujets qui ne présentent aucun handicap. Le suivi de trajectoires du robot est exécuté dans l’espace articulaire; certaines trajectoires sont données dans l’espace cartésien et transformées à l’espace articulaire en utilisant la technique du pseudo-inverse de la matrice jacobienne. Cependant, cette option est limitée; la prochaine étape obligatoire pour améliorer les nombreuses fonctions du robot est de résoudre sa cinématique inverse. Parmi les autres progrès qui sont en développement, l’une d’entre elle est une approche pour la classification et la modélisation des signaux électromyographiques afin d’obtenir des informations auprès des utilisateurs du robot. Les premiers résultats utilisant cette méthodologie sont présentés. La téléopération et les capacités haptiques sont également dans la phase initiale de développement.

Date	21 mars 2016
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Maarouf Saad (Directeur(-trice))