Dissertations / Theses: 'Identification de systèmes robotiques'

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Laroche, Edouard. "Identification et Commande Robuste de Systèmes Électromécaniques." Habilitation à diriger des recherches, Université Louis Pasteur - Strasbourg I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00354139.

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Abstract:

Ce document présente la majeure partie de mes activités de recherche depuis ma nomination à l'Université Louis Pasteur de Strasbourg en septembre 2000. Ces travaux concernent l'identification et la commande ; ils ont été conduits sur différents systèmes applicatifs : la machine asynchrone, les systèmes d'enroulement de bande et la robotique. Ils sont principalement de nature méthodologique ; c'est-à-dire qu'à partir de problématiques appliquées particulières, j'ai tâché de tirer les enseignements qui s'imposaient afin de proposer des solutions standards et génériques à un certain nombre de problèmes.

Ce mémoire est organisé autour des trois systèmes applicatifs traités. A chacun d'entre eux est consacré une partie distincte. Puisqu'une grande partie des problématiques scientifiques traitées est transversale et abordée pour plusieurs systèmes, j'ai choisi de les introduire dans la première partie de ce rapport.

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Nasser, Habib. "Systèmes mécatroniques à base d’observateurs embarqués pour la surveillance et le pilotage de Systèmes Automatisés à Structures Variables." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4326.

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Abstract:

Dans cette thèse porte sur la modélisation, la simulation et la commande de systèmes complexes. En utilisant le logiciel de calcul symbolique Maple, nous avons généré des modèles, orientés suivant différents objectifs dictés par les impératifs du diagnostic, de la surveillance et de l'aide à la conduite. Ces modèles basés aussi bien sur les approches robotiques qu'énergétiques, mettent en évidence les propriétés et les particularités de la dynamique du véhicule en fonction de la trajectoire suivie. Ainsi nous avons proposé un découpage dynamique du véhicule en plusieurs blocs fonctionnels, dont nous avons étudié l'évolution des termes de couplages et nous avons présenté un découpage énergétique du système global. Dans le cadre d'un projet ANR, nous avons mis en œuvre l'approche robotique afin de développer le modèle dynamique à 16 ddl pour un tracteur 'Grégoire G7' robotisé et nous avons validé nos algorithmes d'identification de paramètres dynamiques en utilisant des données réelles et un simulateur de conduite réaliste développé sur Scaner Studio (Oktal). Concernant l'observation, nous avons développé des observateurs robustes par mode glissants. Les attributs de la route sont estimés avec ces observateurs. Le critère de renversement a été testé sur la dynamique d'une voiture Citroën C5 et du tracteur G7. Afin de disposer d'un démonstrateur expérimental, un dispositif à base d'une boite de capteurs a été conçu en utilisant la nouvelle technologie Arduino. Enfin nous avons modélisé le comportement dynamique d'un kart électrique instrumenté. Avec Matlab/Simulink et Bond Graph, nous avons réalisé un simulateur pour ce véhicule
This thesis deals with the modeling, simulation and control of mechatronic systems. Symbolic computation software Maple was used to generate several models with different targets for diagnosis purposes, monitoring and driver assistance. These models based both on robotic and energetic approaches, highlight the properties and characteristics of the vehicle dynamics according to the trajectory and allow to achieve Fault , Detection and Isolation (FDI) development. This initial work led to mechatronics and energy analysis applied to All Terrain Vehicles (ATV). A dynamic spiting of the studied vehicle in several functional blocks was carried out. The evolution of the coupling terms was studied and defining a global energetic sub-division for the whole system. Within the framework of the ANR project, a 16 degrees of freedom (DOF) dynamic model was developed for a farm grape harvester (G7) and for C5 car. Dynamic parameters Identification using real data in driving simulation environment proposed by Oktal (SCANeR Studio). Regarding the robust observers development, the sliding mode theory was applied. The road profiles (slope, tilt,drift) are estimated with observers. The criterion of rollover has been tested on the dynamics of a Citroen C5 car and on the G7.240.In order to have an experimental demonstrator a device using the new Arduino technology containing a set of sensors has been developed. In a last part, the dynamic behaviour of an electric kart with the field-oriented control (FOC) of its electrical engine are given. With Matlab/Simulink software and Bond Graph, a simulator of the electrical Kart has been developed

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Mahé, Antoine. "Identification de systèmes par réseaux de neurones pour la commande prédictive." Electronic Thesis or Diss., CentraleSupélec, 2020. http://www.theses.fr/2020CSUP0010.

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Abstract:

Le développement de la robotique mobile permet la réalisation de tâches de plus enplus variées de façon automatisée. Le projet GRoNe dans lequel s’inscrit cette thèse, a pour objectif de développer les connaissances et les expérimentations sur ce sujet. Dans ce cadre, l’automatisation est un élément clé.Le développement d’algorithmes de contrôle efficaces est une étape importante en ce sens. Les contrôleurs à commandes prédictives ont démontré de nombreux avantages en robotique mobile.La réalisation de ces algorithmes requiert la conception de modèles précis des systèmes afin de prédire leur évolution. Le problème de la modélisation en robotique est traité par l’identification de système. L’apprentissage automatique est fréquemment utilisé dans ce contexte. Afin de modéliser des systèmes robotiques des corpus de données des robots en fonctionement ontété collectés en simulation et sur le terrain. Différentes architectures de réseaux de neurones ont été comparées. Cependant les échantillons collectés ne correspondent pas toujours à la situation dans laquelle les modèles doivent être utilisés. Ce problème est traité en priorisant certains éléments. Pour cela, deux méthodes sont comparées. La réalisation de modèles n’est pas une fin en soit, il s’agit d’une composante de l’algorithme de contrôle. Il importe d’étudier les différents modèles au sein du contrôleur. L’application de ce contrôleur à un drone et un bateau, tant en simulation qu’en cas réel, permet d’étudier les avantages de son utilisation. Finalement un modèle priorisé est utilisé au sein d’un algorithme à commande prédictive sur le bateau réel afin de réaliser le suivi de la berge d'un lac artificiel
Developing mobile robotic allow to address ever more complex task autonomously.This thesis is part of the GRoNe project which aim at improving knowledge and experimentation on this topic. In this context automation is a key element. Developing efficient control algorithm is a step in that direction. Model predictive control has shown good result and interesting advantages in mobile robotic. Implementing this algorithm require precise system modelling in order to predict their evolution. In robotic modelling is usually solved by system identification. In this context machine learning is often a powerful tool. In order to model robotic system, data collection of their behaviour both in simulation and on the real platform have been collected. Several neural network architecture have been compared. Collected sample may not correspond to the condition of target task making part of the training irrelevant. A solution to that problem is to use prioritization during the training. Two prioritization scheme are compared. Modelling is only a step toward control. Thus it is important to test the obtained model as part of the whole control algorithm. The application of this controller to a drone and a boat, in simulation as well as on the real platform, allow to study its advantages. In the end a model train with prioritization is used in a model predictive controller on the real boat to perform shore following in an artificial lac

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Le, Van Luong. "Identification de systèmes dynamiques hybrides : géométrie, parcimonie et non-linéarités." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0102.

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Abstract:

En automatique, l'obtention d'un modèle du système est la pierre angulaire des procédures comme la synthèse d'une commande, la détection des défaillances, la prédiction... Cette thèse traite de l'identification d'une classe de systèmes complexes, les systèmes dynamiques hybrides. Ces systèmes impliquent l'interaction de comportements continus et discrets. Le but est de construire un modèle à partir de mesures expérimentales d'entrée et de sortie. Une nouvelle approche pour l'identification de systèmes hybrides linéaires basée sur les propriétés géométriques des systèmes hybrides dans l'espace des paramètres est proposée. Un nouvel algorithme est ensuite proposé pour le calcul de la solution la plus parcimonieuse (ou creuse) de systèmes d'équations linéaires sous-déterminés. Celui-ci permet d'améliorer une approche d'identification basée sur l'optimisation de la parcimonie du vecteur d'erreur. De plus, de nouvelles approches, basées sur des modèles à noyaux, sont proposées pour l'identification de systèmes hybrides non linéaires et de systèmes lisses par morceaux
In automatic control, obtaining a model is always the cornerstone of the synthesis procedures such as controller design, fault detection or prediction... This thesis deals with the identification of a class of complex systems, hybrid dynamical systems. These systems involve the interaction of continuous and discrete behaviors. The goal is to build a model from experimental measurements of the system inputs and outputs. A new approach for the identification of linear hybrid systems based on the geometric properties of hybrid systems in the parameter space is proposed. A new algorithm is then proposed to recover the sparsest solutions of underdetermined systems of linear equations. This allows us to improve an identification approach based on the error sparsification. In addition, new approaches based on kernel models are proposed for the identification of nonlinear hybrid systems and piecewise smooth systems

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Canart, Régis. "Contribution à la commande adaptative et prédictive." Lille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LIL10143.

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Abstract:

Dans ce mémoire sont étudiées des lois de commande basées sur des méthodes adaptatives indirectes et prédictives, pour contrôler des systèmes multivariables, non linéaires, soumis à des perturbations et évoluant dans le temps de manière inconnue a priori. La première partie concerne la définition du modèle à utiliser pour identifier et obtenir une approximation satisfaisante du comportement du precessus. Un bon compromis entre la simplicité et la justesse du modèle est obtenu avec des modèles du type linéaire auto-régressif. Des extentions sont proposées pour tenir compte de discontinuités sur la commande dans le cas particulier des systèmes mécaniques avec des actionneurs comportant une zone inactive. L'adaptation des paramètres du modèle est le second point crucial pour identifier correctement le processus. Les algorithmes d'adaptation développés sont fondés sur le principe des moindres carrés récursifs,auquel des améliorations ont été apportées pour réduire la sensibilité au bruit et pour résoudre les problèmes numériques survenant lorsque la condition d'excitation permanente n'est pas vérifiée. Dans les troisième et quatrième chapitres, des lois de commande sont déterminées pour minimiser les erreurs sur un horizon de prédiction de plusieurs pas. Des critères quadratiques sont établis pour améliorer la robustesse de la loi de commande vis-à-vis des bruits de mesure, pour traiter des systèmes à retars purs, et pour aboutir à des commandes régulières limitant les sollicitations sur les actionneurs et le processus. L'application de ces algorithmes en simulation et expérimentalement valide les résultats obtenus et montre la robustesse et les avantages des lois de commande adaptatives et prédictives proposées.

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Le, Van Luong. "Identification de systèmes dynamiques hybrides : géométrie, parcimonie et non-linéarités." Phd thesis, Université de Lorraine, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00874283.

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Abstract:

En automatique, l'obtention d'un modèle du système est la pierre angulaire des procédures comme la synthèse d'une commande, la détection des défaillances, la prédiction... Cette thèse traite de l'identification d'une classe de systèmes complexes, les systèmes dynamiques hybrides. Ces systèmes impliquent l'interaction de comportements continus et discrets. Le but est de construire un modèle à partir de mesures expérimentales d'entrée et de sortie. Une nouvelle approche pour l'identification de systèmes hybrides linéaires basée sur les propriétés géométriques des systèmes hybrides dans l'espace des paramètres est proposée. Un nouvel algorithme est ensuite proposé pour le calcul de la solution la plus parcimonieuse (ou creuse) de systèmes d'équations linéaires sous-déterminés. Celui-ci permet d'améliorer une approche d'identification basée sur l'optimisation de la parcimonie du vecteur d'erreur. De plus, de nouvelles approches, basées sur des modèles à noyaux, sont proposées pour l'identification de systèmes hybrides non linéaires et de systèmes lisses par morceaux.

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Al, Mohammad Hussam A. "Contribution à la coordination commande-perception tactile dans les systèmes d'assemblage automatisés." Paris 11, 1985. http://www.theses.fr/1985PA112086.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous présentons la commande dynamique d'un manipulateur à six degrés de liberté qui possède des propriétés cinématiques et dynamiques intéressantes. Dans la seconde partie, un algorithme de génération de trajectoires sera traité, permettant à un robot-manipulateur d'effectuer des mouvements de déplacement à vitesse non nulle, dans l'espace cartésien. Nous montrerons dans la troisième et la quatrième partie, la réalisation d'un capteur tactile et son application à la saisie et à l'identification d'images d'objets
In this thesis, we describe the dynamic command of a manipulator having six degrees of freedom. This command is shown to have kinematic and dynamic optimal properties. In part 2 a trajectory generation algorithm is presented. This algorithm is used for a manipulator or robot for non-null speed movements in Cartesian space. In the third and the fourth parts, we describe the tactile sensor which has been developed, and its use in grasping and in identifying object images

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Brunot, Mathieu. "Identification of rigid industrial robots - A system identification perspective." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/20776/1/BRUNOT_Mathieu_20776.pdf.

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Abstract:

In modern manufacturing, industrial robots are essential components that allow saving cost, increase quality and productivity for instance. To achieve such goals, high accuracy and speed are simultaneously required. The design of control laws compliant with such requirements demands high-fidelity mathematical models of those robots. For this purpose, dynamic models are built from experimental data. The main objective of this thesis is thus to provide robotic engineers with automatic tools for identifying dynamic models of industrial robot arms. To achieve this aim, a comparative analysis of the existing methods dealing with robot identification is made. That allows discerning the advantages and the limitations of each method. From those observations, contributions are presented on three axes. First, the study focuses on the estimation of the joint velocities and accelerations from the measured position, which is required for the model construction. The usual method is based on a home-made prefiltering process that needs a reliable knowledge of the system’s bandwidths, whereas the system is still unknown. To overcome this dilemma, we propose a method able to estimate the joint derivatives automatically, without any setting from the user. The second axis is dedicated to the identification of the controller. For the vast majority of the method its knowledge is indeed required. Unfortunately, for copyright reasons, that is not always available to the user. To deal with this issue, two methods are suggested. Their basic philosophy is to identify the control law in a first step before identifying the dynamic model of the robot in a second one. The first method consists in identifying the control law in a parametric way, whereas the second one relies on a non-parametric identification. Finally, the third axis deals with the home-made setting of the decimate filter. The identification of the noise filter is introduced similarly to methods developed in the system identification community. This allows estimating automatically the dynamic parameters with low covariance and it brings some information about the noise circulation through the closed-loop system. All the proposed methodologies are validated on an industrial robot with 6 degrees of freedom. Perspectives are outlined for future developments on robotic systems identification and other complex problems.

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Tout, Bilal. "Identification of human-robot systems in physical interaction : application to muscle activity detection." Electronic Thesis or Diss., Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2024. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/36d9eab3-c170-4e40-abb6-e6b4e27aeee2.

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Abstract:

Ces dernières années, l’interaction physique humain-robot est devenue un sujet de recherche important, par exemple pour des applications de rééducation. Cette thèse vise à améliorer ces interactions, dans le cadre du développement de contrôleurs basés modèles, par des approches d’identification paramétrique des modèles des systèmes en interaction. Le but est de développer des méthodes d’identification en tenant compte de la variabilité et de la complexité du corps humain, et en n'utilisant que les capteurs du système robotique pour éviter l'ajout de capteurs externes. Les différentes approches présentées dans cette thèse sont testées expérimentalement avec un système robotique à un degré de liberté (1-DDL) permettant d'interagir avec la main d'une personne.Après un 1er chapitre présentant l'état de l'art, le 2e chapitre aborde les méthodes d'identification développées en robotique ainsi que la problématique du filtrage, analysée en simulation et expérimentalement. La question du réglage du filtre passe-bas est adressée, et en particulier le choix de la fréquence de coupure qui reste délicate pour un système non-linéaire. Pour surmonter ces difficultés, une technique de filtrage utilisant un filtre de Kalman étendu (EKF) est développée à partir du modèle dynamique du robot. La formulation EKF proposée permet un réglage en fonction des propriétés connues du capteur et de la confiance dans l’estimation initiale des paramètres. Cette méthode est comparée en simulation puis expérimentalement avec différentes méthodes existantes en analysant la sensibilité à l’initialisation et au réglage du filtre. Les résultats montrent que la méthode proposée est prometteuse si l’EKF est correctement réglé.Le 3e chapitre porte sur l'identification en continu des paramètres du modèle dynamique d'un système passif en interaction avec un système robotique, en combinant des méthodes d’identification de la charge utile avec des algorithmes en ligne, sans capteurs externes. Ces méthodes sont validées en simulation et expérimentalement en utilisant le système à 1-DDL dont la poignée est attachée à des bandes élastiques pour imiter une articulation humaine passive. L’analyse de l’effet de l’ajustement des méthodes en ligne met en évidence qu’un compromis est nécessaire entre la vitesse de convergence et la précision des estimations des paramètres. Enfin, la comparaison des méthodes d’identification de la charge utile montre que les méthodes identifiant séparément les paramètres du système robotique et de l’humain passif donnent une meilleure précision et une plus faible complexité de calcul.Le 4e chapitre porte sur l'identification durant l'interaction humain-système robotique. Un modèle à raideur quadratique est proposé afin de mieux représenter le comportement de l’articulation humaine passive qu’un modèle linéaire. Par la suite, ce modèle est utilisé avec une méthode d’identification itérative basée sur le rejet d’outliers, pour détecter l’activité musculaire de l’humain sans capteurs externes. Cette méthode est comparée expérimentalement à une méthode non-itérative utilisant des signaux d’électromyographie (EMG), en adaptant le système à 1-DDL pour interagir avec le poignet et permettre d’évaluer l’activité des muscles fléchisseurs et extenseurs de deux sujets. La méthode itérative proposée sans signaux EMG donne des résultats proches de ceux obtenus avec la méthode utilisant les signaux EMG lorsqu’un modèle représentant bien le comportement de l’articulation humaine passive est choisi. Les résultats de détection de l’activité musculaire obtenus avec ces deux méthodes montrent un niveau de similarité satisfaisant avec ceux obtenus directement à partir des signaux EMG
Over the last years, physical human-robot interaction has become an important research subject, for example for rehabilitation applications. This PhD aims at improving these interactions, as part of model-based controllers development, using parametric identification approaches to identify models of the systems in interaction. The goal is to develop identification methods taking into account the variability and complexity of the human body, and only using the sensor of the robotic system to avoid adding external sensors. The different approaches presented in this thesis are tested experimentally on a one degree of freedom (1-DOF) system allowing the interaction with a person’s hand.After a 1st chapter presenting the state-of-the-art, the 2nd chapter tackles the identification methods developed in robotics as well as the issue of data filtering, analyzed both in simulation and experimentally. The question of the low-pass filter tuning is addressed, and in particular the choice of the cut-off frequency which remains delicate for a nonlinear system. To overcome these difficulties, a filtering technique using an extended Kalman filter (EKF) is developed from the robot dynamic model. The proposed EKF formulation allows a filter tuning depending on the known properties of the sensor and on the confidence on the initial parameters estimations. This method is compared in simulation and experimentally to different existing methods by analyzing its sensitivity to initialization and filter tuning. Results show that the proposed method is promising if the EKF is correctly tuned.The 3rd chapter concerns the continuous identification of the parameters of the model of a passive system interacting with a robotic system, by combining payload identification methods with online identification algorithms, without external sensors. These methods are validated in simulation and experimentally with the 1-DOF system whose handle is attached to elastic rubber bands to emulate a passive human joint. The analysis of the effects of the online methods tuning highlights a necessary trade-off between the convergence speed and the accuracy of the parameters estimates. Finally, the comparison of the payload identification methods shows that methods identifying separately the robotic system and the passive human parameters give better accuracy and a lower computation complexity.The 4th chapter deals with the identification during the human-robot interaction. A quadratic stiffness model is proposed to better fit the passive human joint behavior than a linear stiffness model. Then, this model is used with an iterative identification method based on outlier rejection technique, to detect the human user muscle activity without external sensors. This method is compared experimentally to a non-iterative method that uses electromyography (EMG), by adapting the 1-DOF system to interact with the wrist and to allow the detection of the flexor and extensor muscle activity of two human users. The proposed iterative identification method not using EMG signals achieves results close to those obtained with the non-iterative method using EMG signals when a model that correctly represents the passive human joint behavior is selected. The muscle activity detection results obtained with both methods show a satisfactory level of similarity compared to those obtained directly from EMG signals

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Fellouah, Rabah. "Contribution au diagnostic de pannes pour les systèmes différentiellement plats." Phd thesis, INSA de Toulouse, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00206317.

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Abstract:

Cette thèse s'intéresse au diagnostic de pannes dans les systèmes différentiellement plats, ceci constituant une large classe de systèmes non linéaires. La propriété de platitude différentielle est caractérisée par des relations qui permettent d'exprimer les états d'un système et ses entrées en fonction de ses sorties plates et de leurs dérivées. Ces relations qui sont à la base de la commande plate sont aussi utiles pour la réalisation du diagnostic de pannes. Ainsi sont introduites les notions de minimalité pour les sorties plates, de platitude stricte et de degré additionnel de redondance. Ceci conduit à la proposition d'une méthode globale de détection de pannes basée sur la platitude. Partant alors de la constatation que les systèmes différentiellement plats de complexité élevée sont souvent constituer de sous systèmes eux-mêmes différentiellement plats, l'approche de détection de pannes précédente peut être démultipliée au sein de cette structure de façon à en identifier les sous systèmes défaillants. On s'intéresse alors au cas courant de la platitude différentielle implicite et on montre dans le cadre d'une application aéronautique comment les réseaux de neurones permettent de constituer une solution numérique au problème de détection de pannes. La disponibilité en temps réel de dérivées successives des sorties étant essentielle pour la mise en oeuvre de ces méthodes, on étudie alors les performances d'un filtre dérivateur alors que le système est lui-même soumis à une commande plate, ceci conduira a modifié légèrement une telle loi de commande afin d'effectuer l'effet des erreurs d'estimation. On s'intéresse finalement à la détection des pannes dans les systèmes chaotiques différentiellement plats. On montre sur plusieurs exemples comment la propriété de platitude peut être mise à profit pour détecter et identifier des variations paramétriques au sein d'un tel type de système chaotique. Des résultats de simulation sont présentés. Finaleme nt des thèmes de recherche complémentaires à cette approche sont relevés.

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Bahloul, Abdelkrim. "Sur la commande des robots manipulateurs industriels en co-manipulation robotique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS511/document.

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Abstract:

Durant ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la commande d'un robot manipulateur industriel, configuré pour une co-manipulation avec un opérateur humain, en vue de la manutention de charges lourdes. Dans un premier temps, nous avons présenté une vue d'ensemble des études qui ont été menées dans ce cadre. Ensuite, nous avons abordé la modélisation et l'identification des paramètres dynamiques du robot Denso VP-6242G. Nous avons utilisé le logiciel OpenSYMORO pour calculer son modèle dynamique. Après une présentation détaillée de la méthode d'identification des paramètres de robots manipulateurs, nous l'avons appliqué au cas de notre robot. Cela nous a permis d'obtenir un vecteur des paramètres qui garantit une matrice d'inertie définie positive pour n'importe quelle configuration articulaire du robot, tout en assurant une bonne qualité de reconstruction des couples pour des vitesses articulaires constantes, ou variables au cours du temps. Par la suite, nous avons détaillé les nouvelles fonctionnalités proposées pour le générateur de trajectoire en temps réel, sur lequel repose notre schéma de commande. Nous avons présenté une méthode d'estimation de la force de l'opérateur à partir des mesures de la force d'interaction entre le robot et l'opérateur, tout en tenant compte de la pénalisation de la force de l'opérateur afin d'avoir une image de cette dernière permettant de générer une trajectoire qui respecte les limites de l'espace de travail. Des tests du générateur de trajectoire simulant différents cas de figure possibles nous ont permis de vérifier l'efficacité des nouvelles fonctionnalités proposées. Le générateur permet de produire une trajectoire dans l'espace de travail tridimensionnel selon la direction de l'effort appliqué par l'opérateur, ce qui contribue à l'exigence de transparence recherchée en co-manipulation robotique. Dans la dernière partie, nous avons présenté et validé en simulation une commande en impédance dont les trajectoires de référence sont issues du générateur développé. Les résultats obtenus ont donné lieu à une bonne qualité de poursuite des trajectoires désirées. D'autre part, le respect des limites virtuelles de l'espace de travail a également été pris en compte. Cependant, les trajectoires articulaires correspondantes peuvent franchir les limites définies pour préserver l'intégrité du robot
In this thesis, we were interested in the control of industrial manipulators in co-manipulation mode with a human operator for the handling of heavy loads. First, we have presented an overview of existing studies in this framework. Then, we have addressed the modeling and the identification of dynamic parameters for the Denso VP-6242G robot. We have used the OpenSYMORO software to calculate its dynamical model. After a detailed presentation of the method for identifying the robot's parameters, we have applied it to the case of our robot. This allowed us to obtain a vector of the parameters which guarantees a positive definite inertia matrix for any configuration of the robot, as well as a good quality of reconstruction of the torques in the case of constant joint velocities or in the case of variable ones over time. To continue, we have detailed the new features that have been proposed for the online trajectory generator, for which the control scheme is based on. We have presented a method for estimating the operator's force from the measurements of the interaction force between the robot and the operator, while taking into account for the penalization of the operator's force in order to have an information of this last which allows to generate a trajectory that respects the limits of workspace. Some tests of the trajectory generator simulating different possible scenarios have allowed us to check the effectiveness of the new proposed features. The generator makes it possible to produce a trajectory in the three-dimensional workspace according to the direction of the force applied by the operator, which contributes to fulfill the requirement of transparency that is sought in a co-manipulation. In the last part, we have presented and validated, in simulation, an impedance control whose reference trajectories are delivered by the proposed generator. The obtained results have shown a good trajectory tracking. On the other hand, the satisfaction of the virtual bounds of the workspace has also been nicely taken into account. However, the corresponding articular trajectories can cross the bounds defined to preserve the integrity of the robot

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Srour, Ali. "Planification robuste pour systèmes robotiques." Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024URENS072.

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Abstract:

Un défi majeur pour les systèmes autonomes est de fonctionner dans des conditions d’incertitude du monde réel. Les robots s’appuient sur des modèles de leur environnement et d’eux-mêmes pour prendre des décisions, mais ces modèles sont intrinsèque- ment des approximations. Par conséquent, des paramètres incertains peuvent entraîner des écarts significatifs entre le comportement prévu et réel du système. Cette thèse aborde le problème des incertitudes paramétriques en développant des trajectoires intrinsèque- ment robustes. En optimisant ces trajectoires dans le cadre du système en boucle fermée à l’aide de nouveaux concepts de sensibilités d’état et d’entrée introduits dans ce travail, l’approche améliore les performances des robots dans des conditions incertaines. L’objectif principal de cette thèse est d’étendre et d’appliquer ces méthodes basées sur la sensibilité pour la planification de trajectoires robustes. La validité du cadre d’optimisation proposé est évaluée empiriquement à travers de vastes campagnes statistiques, tant en simulation que dans des expériences réelles, sur deux plateformes robotiques largement utilisées : un drone quadrirotor et un manipulateur robotique
A key challenge for autonomous systems is operating under real-world uncertainties. Robots rely on models of their environment and themselves for decision- making, but these models are inherently approximations. Consequently, uncertain parameters can lead to significant discrepancies be- tween the intended and actual system behavior. This thesis addresses the issue of para- metric uncertainties by developing trajectories that are intrinsically robust. Through optimizing these trajectories within the closed-loop system using novel concepts of state and in- put sensitivities introduced in this work, the approach enhances robot performance in uncertain conditions. The primary goal of this thesis is to extend and apply these sensitivity-based methods for robust trajectory planning. The validity of the proposed optimization frame- work is empirically assessed through extensive statistical campaigns, both in simulations and real-world experiments, on two widely- used robotic platforms: a quadrotor drone and a robotic manipulator

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Drouet, Philippe. "Modélisation, identification et compensation des erreurs de positionnement de manipulateurs à très haute précision sous chargement variable : application à un positionneur médical de patients pour le traitement du cancer par protonthérapie." Poitiers, 1999. http://www.theses.fr/1999POIT2270.

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Abstract:

Un modele est developpe afin de compenser les erreurs au niveau de l'effecteur d'un manipulateur serie. L'objectif est d'atteindre une tres haute precision en position et en orientation. Le modele decompose explicitement les erreurs en erreurs geometriques et elastiques. La methode de compensation n'offre que peu de difficultes de programmation et requiert uniquement l'identification de parametres fonctions d'une seule variable. Il est montre que le nombre de mesures necessaires est relativement reduit et que le processus d'identification ne souffre d'aucun probleme de convergence. La methode est appliquee a un manipulateur medical a 6 ddl devant positionner des patients sous un faisceau de protons avec une tres haute precision pour le traitement du cancer. Les resultats obtenus par la simulation ainsi que par l'experience sur site montrent la grande efficacite de la methode de compensation.

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Bellot, Delphine. "Contribution à l'analyse et à la synthèse de schémas de commande référencée vision." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30211.

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Boisseau, Bruno. "Commande événementielle : applications aux systèmes robotiques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT037/document.

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Abstract:

La théorie du contrôle a d'abord été conçue pour des contrôleurs analogiques. Il était alors pertinent de synthétiser un contrôleur dans une représentation continue. De nos jours, les systèmes numériques ont majoritairement remplacés les systèmes analogiques pour différentes raisons (coût, résistance au bruit, intégration,...). Les signaux sont alors maintenus constants entre le cadencement périodique fixé par une horloge numérique.La commande événementielle vise à améliorer l’échantillonnage périodique en proposant une méthode dans laquelle les mises à jour sont déclenchées par une fonction événement.Dans cette thèse, de nouvelles méthodes de synthèse de contrôleurs evenementiels sont présentés et testés sur des systèmes temps-réels.La contribution la plus originale étant l'utilisation d'une commande événementielle appliquée à un problème d'anticollision entre une quadrirotor et un environnement supposé connu
Control system theory has first been built for analog controllers. In this context, it was relevant to use a continuous framework to design a control feedback function. Nowadays, digital technologies are supplanting analog solutions due to several advantages (cost, noise, resistance, integration...). Signal is held constant between periodic triggers given by a digital clock.Event-based (or event-triggered) control aims to improve the periodic sampling scheme by proposing a method in which updates are triggered by an event function.In this thesis new event-based designs are detailled and tested on real-time systems.The most original contribution of this thesis is the use of an event-triggered design for a problem of collision avoidance between a quadrotor and a known environment

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Li, Zetao. "Contribution à l'élaboration d'algorithmes d'isolation et d'identification de défauts dans les systèmes non linéaires." Phd thesis, INSA de Toulouse, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00127735.

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Abstract:

Dans cette thèse nous proposons une nouvelle méthode d'isolation et d'identification de défaut singulier pour les systèmes dynamiques non linéaires. Cette méthode est basée sur la caractéristique de monotonicité de l'erreur de prédiction de l'observateur en fonction de la différence des paramètres. L'ensemble des valeurs admissibles de chaque paramètre est subdivisé en un certain nombre d'intervalles. On construit un observateur d'isolation pour chaque intervalle, cet observateur est initialisé dans l'intervalle considéré. Après l'occurrence du défaut, la valeur du paramètre défectueux doit être dans un des intervalles du paramètre. L'amplitude du résidu calculé par l'observateur d'isolation correspondant à cet intervalle (celui qui contient la valeur du paramètre défectueux) sera dans le domaine limité par deux seuils dynamiques à tout instant. Par contre, les résidus correspondant aux autres intervalles auront de grandes amplitudes et leurs évolutions ne sont pas limitées par les deux seuils dynamiques correspondants. Par conséquent l'intervalle contenant la valeur du paramètre défectueux peut être déterminé et le défaut est donc isolé et identifié. Différentes versions de cette méthode ont été développées : une première avec des seuils fixes, une seconde avec des seuils adaptatifs et une dernière sans seuils. On peut montrer que cette méthode a des points communs avec celle basée sur les observateurs adaptatifs. Cependant, cette dernière a un inconvénient majeur qui est la lenteur de sa vitesse d'isolation. La méthode que nous proposons dans ce travail nous permet de pallier ce problème de la lenteur de vitesse d'isolation.

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Bueno, Ruas de Oliveira Lucas. "Conception architecturale des systèmes robotiques orientée services." Thesis, Lorient, 2015. http://www.theses.fr/2015LORIS374/document.

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Abstract:

La Robotique a connu une évolution remarquable au cours des dernières années, couplée à un intérêt croissant de la société pour ce domaine. Les robots ne sont plus fabriqués exclusivement pour effectuer des tâches répétitives dans les usines, mais ils sont aussi créés pour collaborer avec les humains dans plusieurs domaines d'application d'importance. Les systèmes robotiques qui contrôlent ces robots sont donc de plus en plus larges, complexes et difficiles à développer. Dans ce contexte, l'Architecture Orientée Services (SOA) a été identifiée comme un style d'architecture logicielle prometteur pour concevoir des systèmes robotiques de manière flexible, réutilisable et productive. Cependant, malgré le nombre considérable de Systèmes Robotiques Orientées Services (SORS) existants aujourd'hui, la plupart d'entre eux ont été développés de manière ad hoc. Le peu d'attention et le soutien limité portés à la conception d'architectures logicielles SORS peuvent non seulement masquer les avantages de l'adoption de la SOA, mais aussi réduire la qualité globale des systèmes robotiques, qui sont souvent utilisés dans des contextes de sécurité critiques. Cette thèse vise à améliorer la compréhension et la systématisation de la conception architecturale SORS. Elle décrit une taxonomie des services pour le domaine de la robotique, puis propose un processus ainsi qu'une architecture de référence afin de systématiser la conception d'architectures logicielles SORS. Les résultats obtenus dans les études d'évaluation montrent qu'à la fois le processus et l'architecture de référence peuvent avoir un impact positif sur la qualité des architectures logicielles SORS et, par conséquent, contribuent à l'amélioration des systèmes robotiques
Robotics has experienced an increasing evolution and interest from the society in recent years. Robots are no longer produced exclusively to perform repetitive tasks in factories, they have been designed to collaborate with humans in several important application domains. Robotic systems that control these robots are therefore becoming larger, more complex, and difficult to develop. In this scenario, Service-Oriented Architecture (SOA) has been investigated as a promising architectural style for the design of robotic systems in a flexible, reusable, and productive manner. Despite the existence of a considerable amount of Service-Oriented Robotic Systems (SORS), most of them have been developed in an ad hoc manner. The little attention and limited support devoted to the design of SORS software architectures may not only hamper the benefits of SOA adoption, but also reduce the overall quality of robotic systems, which are often used in safety-critical contexts. This thesis aims at improving the understanding and systematization of SORS architectural design

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Huard, Benoît. "Contribution à la modélisation non-linéaire et à la commande d'un actionneur robotique intégré pour la manipulation." Thesis, Poitiers, 2013. http://www.theses.fr/2013POIT2262/document.

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Abstract:

La réalisation de tâches de manipulation dextres requiert une complexité aussi bien dans la conception de préhenseur robotique que dans la synthèse de leurs lois de commande. Une optimisation de la mécatronique de ces systèmes permet de répondre aux contraintes d'intégration fonctionnelle en se passant de capteurs de force terminaux. L'utilisation de mécanismes réversibles rend alors possible la détermination du positionnement du système dans l'espace libre et la détection de son interaction avec les objets manipulés, grâce aux mesures proprioceptives inhérentes aux actionneurs électriques. L'objectif de cette thèse est de parvenir synthétiser, dans le contexte articulaire (un degré-de-liberté), une commande adaptée à la manipulation en tenant compte de ces particularités mécaniques. La méthode proposée est basée sur une commande robuste par rapport aux non-linéarités structurelles dues aux effets gravitationnels et aux frottements secs d'une part et par rapport aux rigidités variables des objets manipulés. L'approche choisie nécessite la connaissance précise de la configuration du système étudié à chaque instant. Une représentation dynamique de son comportement permet de synthétiser un capteur logiciel pour l'estimation des grandeurs indispensables à la commande. Ces différentes étapes sont validées par des essais expérimentaux pour justifier la démarche choisie menant à une commande adaptée à la manipulation d'objets
The realization of dexterous manipulation tasks requires a complexity in robotic hands design as well as in their control laws synthesis. A mecatronical optimization of these systems helps to answer for functional integration constraints by avoiding external force sensors. Back-drivable mechanics allows the free-space positioning determination of such system as far as the detection of its interaction with a manipulated object thanks to proprioceptives measures at electric actuator level. The objective of this thesis is to synthesize a control law adapted to object manipulation by taking into account these mechanical properties in a one degree-of-freedom case. The proposed method is based on a robust control according to structural non-linearities due to gravitational effects and dry frictions on the one hand and with regard to a variable rigidity of manipulated objects on the other hand. The chosen approach requires a precise knowledge of the system configuration at all time. A dynamic representation of its behavior enables a software sensor synthesis for the exteroceptives variables estimation in a control law application purpose. The different steps are experimentally validated in order to justify the chosen approach leading to object manipulation

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Lasserre, Patricia. "Vision pour la robotique en environnement naturel." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00139846.

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Abstract:

Cette thèse se situe dans le cadre de l'augmentation des capacités de perception des robots mobiles destinés à évoluer en environnement naturel. Un robot mobile autonome doit être capable de percevoir et d'appréhender l' environnement dans lequel il évolue, à partir des données fournies par ses capteurs (télémètre laser, caméra...), pour effectuer des missions du type "aller à - (un amer)". L'utilisation d'un télémètre laser suffit pour faire effectuer au robot des missions de déplacement ; l'information tridimensionnelle apportée par ce capteur permet d'extraire des informations sur la géométrie du terrain, la forme et la surface des objets, mais ne permet pas toujours d'obtenir une description suffisante de l'environnement : plusieurs objets peuvent avoir la même forme, le terrain peut être impraticable même s'il est plat. Les travaux présentés dans ce mémoire portent donc sur le développement de l'utilisation du capteur caméra vidéo pour apporter des informations utiles à la localisation et à la navigation du robot dans son environnement. Les besoins actuels pour réaliser ces deux tâches ont permis de déterminer deux directions à développer. L'une concerne l'obtention de l'information tridimensionnelle à partir d'un systeème stéréoscopique ; l'autre consiste à enrichir la connaissance de l'environnement par identification des objets contenus dans la scène. La stéréovision est un moyen répandu pour obtenir l'information tridimensionnelle. Nous avons implémenté un algorithme de stéréocorrélation, technique qui est adaptée pour des scènes texturées. L'algorithme de base est amélioré pour prendre en compte à la fois les contraintes de rapidité d'exécution et de qualité de la corrélation. Lorsque le robot évolue dans un environnement extérieur, la connaissance du terrain ou des objets situés dans cet environnement peut être améliorée en ajoutant des informations telles que la co uleur ou la texture. Nous avons proposé comme représentation complémentaire, le modèle nominatif de régions qui indique la nature de chaque région d'une image. Tout d'abord, un algorithme de segmentation donne une description synthétique de la scène : la méthode combine à la fois les techniques de grossissement de régions et de classification (basée sur l'étude de l'allure générale des histogrammes sur chaque composante colorimétrique). Les régions issues de cette segmentation sont ensuite caractérisées puis identifiées afin d'obtenir leur nature (herbe, roche, terre...). Leur caractérisation est obtenue à partir des informations sur leur couleur et leur texture. Les opérateurs de texture développés sont basés sur l'étude des lignes de contraste dans la région considérée (densité, courbure,...). Une technique probabiliste est finalement utilisée pour déterminer la nature des éléments présents dans l'environnement.

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Mansard, Nicolas. "Enchaînement de tâches robotiques." Rennes 1, 2006. http://www.theses.fr/2006REN1S097.

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Abstract:

Le point de départ de nos travaux est l'asservissement référencé capteur qui permet une très bonne convergence locale, mais converge difficilement lorsque la tâche est complexe par rapport aux degrés de liberté disponibles et aux contraintes à respecter. Notre objectif est de construire une méthode générale pour réaliser un enchaînement de tâches robotiques permettant d'élargir le domaine d'application de la commande référencée capteur. Ces travaux s'articulent autour de deux axes principaux. Dans la première partie, nous construisons une structure de contrôle nommée pile de tâches permettant un contrôle du robot à un plus haut niveau en modifiant pendant l'asservissement les tâches de la pile. Dans la seconde partie, nous utilisons ces fonctionnalités pour réaliser automatiquement l'enchaînement des tâches. Ceci permet d'accomplir la tâche globale et d'assurer en même temps le respect des contraintes. Cette méthode générique est enfin appliquée à différents types de robot.

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Brener, Nicolas. "Analyse et conception de systèmes robotiques modulaires et réticulaires." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066370.

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Abstract:

Cette thèse propose des outils pour analyser et aider la conception des systèmes robotiques modulaires. Ces derniers consistent en des ensembles de modules mécatroniques attachés entre eux par l’intermédiaire de connecteurs équipant les modules. Il est possible de modifier la topologie de ces systèmes pour les adapter aux besoins d’une tâche en changeant la manière dont l’ensemble des modules sont interconnectés, ou bien encore en ajoutant ou supprimant des modules. Ces systèmes peuvent être “auto-reconfigurables” s’ils ont la capacité de contrôler l’état des connecteurs et d’“auto-manipuler” leurs modules. Dans un premier temps nous introduisons les concepts de base liés à ces systèmes ainsi que les problématiques spécifiques relatives à leur conception. Nous réalisons ensuite un état de l’art et comparons certaines propriétés des systèmes existants. Par la suite, nous définissons les systèmes modulaires dits “réticulaires” qui ont la particularité que les modules peuvent occuper des configurations discrètes. Nous proposons une définition de ces systèmes et un cadre de conception reposant sur les groupes de déplacements discrets et de concepts issus de la cristallographie. Corrélativement, nous donnons une liste de tous les groupes de déplacement discrets et étudions leur hiérarchie. De manière complémentaire, nous proposons des techniques permettant d’analyser les systèmes existants et de déterminer les groupes discrets qui leur correspondent. En nous appuyant sur ces résultats nous proposons ensuite certaines améliorations de systèmes existants et analysons un ensemble de systèmes inédits ayant été imaginés durant ces travaux de thèse.

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Rosendo, Juan luis. "Techniques robustes pour le contrôle automatique des systèmes robotiques." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2019. http://www.theses.fr/2019ENTA0004.

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Abstract:

Ce travail vise à atténuer les effets des contraintes sur les systèmes robotiques mobiles. À cette ﬁn, des structures de commande auxiliaire et des techniques de réglage robuste sont proposées. Les structures sont proposées dans le cadre du suivi de chemin pour atténuer les effets des contraintes sur les entrées et les sorties des systèmes. Ensuite, étant donnée leur utilisation répandue en robotique, les contrôleurs de type PID sont considérés comme une contrainte structurelle. Une méthode de réglage robuste, tenant compte de cette contrainte, est proposée permettant d’atteindre de bons niveaux de performance même en présence de perturbations. Enﬁn, pour faire face à la robustesse en présence des contraintes de non-linéarité sur robots, un outil d’analyse et de réglage pour les contrôleurs de mode glissant est proposé. La particularité de cette méthode de réglage, basée sur des techniques d’optimisation globale et de calculs par intervalles, est qu’elle permet de générer des cartographies de réglage des paramètres pour lesquels le critère de performance souhaité est rempli.Toutes les stratégies proposées sont mises en pratique par des expérimentations réelles ou sur des simulateurs validés (AUV Ciscrea disponible à l’ENSTA Bretagne)
This work seeks to mitigate the effects of constraints on mobile robotic systems. To this end, auxiliary control loops and robust tuning techniques are proposed. The former are proposed to mitigate the effects of constraints on the input and output of the systems through the modiﬁcation of the motion parameter in path following applications.Then, PID controllers are considered as a structural constraint, given its wide use in robotics particularly at low control level. A robust tuning methodology considering this constraint is proposed which achieves good performancelevels even when facing disturbances. Finally, to deal with robustness in presence of robots nonlinearity constraints, an analysis and tuning tool for sliding mode controllers is proposed. The particularity of this tuning method, based on global optimization and interval techniques,is that it allows generating tuning maps of the parameter regions where the desired performance criterion is fulﬁlled. All the proposed strategies are put into practice, through real experimentation or invalidated simulators, over the AUV Ciscrea available at ENSTA Bretagne

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Dubois, Michel. "MASL, Langage de controle multi-agents robotiques." Lorient, 2008. http://www.theses.fr/2008LORIS133.

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Abstract:

L'approche classique des langages pour le contrôle de Systèmes Multi-Agents (SMA), a fortiori robotiques et autonomes, consiste d'abord en un point de vue microscopique : chaque agent dispose de son propre programme de contrôle contenant des primitives de communication / synchronisation permettant la coopération / collaboration entre agents. L'émergence d'un comportement global, le point de vue macroscopique du calcul, ne peut qu'être observé a posteriori. Dans ce contexte, MASL propose une approche unifiée et macroscopique à l'expression de calculs hétérogènes et distribués sur des agents conçus en suivant le modèle délibératif, réactif ou hybride. C'est un langage de haut niveau indépendant de l'exécutif où chaque agent, vu comme une entité concurrente, détermine localement sa participation à des blocs d'exécution collectifs (e-blocs). Chaque e-bloc est un programme collectif anonyme pouvant s'exécuter sur un réseau d'agents selon des critères locaux. Le mode d'orchestration (scalaire, synchrone, asynchrone) est déterminé statiquement par un attribut du bloc, les communications supportent le modèle à mémoire partagée, le modèle à envoi de messages et le modèle d'évènements. L'hétérogénéité des agents est assurée par héritage et polymorphisme alors que l'autonomie est proposée par un mécanisme (appelé perméabilité) de filtrage où chaque agent peut masquer/ouvrir son interface dynamiquement et selon la position de l'émetteur dans la hiérarchie d'e-blocs. Dans un contexte d'allocation dynamique des agents, de reprise après échec ou de remplacement d'un agent robotique dans une flotte de robots (cas d'une panne ou perte de fonctionnalité compromettant la mission), le ebloc propose une perspective de point d'entrée d'un traitement collectif. Dans le cas d'e-bloc synchrones, le paradigme sous-jacent est issu du modèle data-parallèle, permettant ici des traitements itératifs par vagues successives d'agents. Au final, MASL propose des avancées dans le domaine des SMA (appartenance dynamique à des groupes, précision du rythme des actions à entreprendre pour permettre une coopération désirée) et au niveau de la gestion des erreurs
The classical approach for Multi-Agent System (MAS) Control, especially autonomous and robotic ones, deals first from a microscopic point of view: each agent embed a control program with communication/synchronization primitives that enable cooperation between agents. The emergence of a global behaviour from a macroscopic point of view can only be observed afterwards. In this context, MASL offers a macroscopic and unified approach with heterogeneous and distributed calculations over deliberative, reactive or hybrid agents. In this high level language, regardless of the runtime, each concurrent agent locally decides its participation in a collective execution block named an e-block. Each e-block is an anonymous collective program that runs over an agent network following local conditions. The orchestral mode (scalar, asynchronous, synchronous) is statically fixed by a shared block attribute. The communication use shared memory, events, synchronous messages passing, and asynchronous messages passing. Heterogeneous agents are managed with heritage and polymorphism. Permeability mechanism, dealing with agent autonomy, allows an agent to dynamically filter calls to its interface in respects to the sender position in the e-block hierarchy. In dynamic task allocation of agents, auto failover and recovery, agent replacement in a robot fleet (case of agent failure, loss of a mandatory functionality for the mission) an e-block is an entry point of a collaborative work. In the case of synchronous e-block, the programming paradigm is the data parallel model with iterative task for waves of agents. Finally, MASL offers advances in the field of MAS (dynamic belonging to groups, accuracy of the pace of actions to undertake to enable a desired cooperation) and for the management of errors

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Milia, Valentin. "Couplage de modèles de chimie quantique et d'algorithmes haute performance pour l'exploration globale du paysage énergétique de systèmes atomiques et moléculaires." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP095.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse est de développer des méthodes efficaces pour caractériser les conformations des molécules à un niveau quantique. Différentes méthodes dédiées au calcul de l'énergie potentielle d’une molécule sont examinées, ainsi que les schémas d'exploration globale des surfaces d'énergie potentielle (SEP) les plus populaires sont présentés. Une contribution clé de cette thèse est le couplage de la méthode IGLOO (Iterative Global exploration and LOcal Optimization), inspirée de la robotique, mise en œuvre dans le logiciel MoMA, avec le potentiel basé sur la “Density-Functional based Tight-Binding” (DFTB), implémenté dans le logiciel deMonNano. IGLOO intègre l'algorithme de planification de mouvement “Rapidly-exploring Random Trees” (RRT) avec des optimisations locales de l’énergie et un filtrage des structures. Une preuve de concept a été réalisée par l'identification des conformations de basse énergie de la molécule de d'alanine dipeptide.Le couplage IGLOO/DFTB a été appliqué à la cartographie des SEP de trois molécules de taille proche de la famille des phtalates (dibutyl phtalate DBP, benzyl butyl phtalate BBP et di-2-éthylhexyl phtalate DEHP), donnant un aperçu détaillé de leurs différents paysages conformationnels. Divers descripteurs géométriques ont été utilisés pour analyser leurs relations structure-énergie. Les interactions de Coulomb, l'encombrement stérique et les interactions dispersives sont à l'origine des propriétés géométriques et une forte corrélation a été mise en évidence entre les deux angles diédraux décrivant l'orientation des chaînes latérales des molécules de phtalate.En complément, un algorithme innovant pour la génération à grande échelle de molécules, incluant une variété de conformations, est présenté. Il combine la génération de graphes de molécules avec des techniques d'ajout d'atomes ou de fragments. Il est appliqué pour fournir une vaste base de données de structures 3D de molécules de carbone amorphe hydrogéné (a-CH). L'analyse de la base de données générée dans cette étude permet de comprendre la relation entre les descripteurs géométriques et électroniques des structures a-C:H. Ces propriétés sont comparées à celles des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) compacts et des chaînes linéaires, qui représentent des cas limites.Enfin, une revue des méthodes visant à identifier les points de selle et les chemins de transition entre les conformations de faible énergie sur la SEP est présentée. Une première étape pour l'identification des chemins de transition entre les conformations de faible énergie à l'aide d'un algorithme de planification de mouvement, connu sous le nom de Transition-based RRT (T-RRT), est présentée. Une mesure de similarité, désignée sous le nom de Symmetrized Segment-Path Distance (SSPD), est utilisée pour comparer les trajectoires générées. Ensuite, une technique de regroupement, à savoir Analyse de regroupement hiérarchique (HCA), est employée pour regrouper les trajectoires afin d'identifier les classes de chemin donnant la dynamique des changements de conformation. La méthodologie a été appliquée avec succès à l'identification de chemins à faible énergie entre deux minima de la SEP de l’alanine dipeptide.Dans l'ensemble, les travaux présentent des avancées significatives dans l'exploration de SEP de molécules complexes au niveau quantique, y compris (i) le couplage IGLOO/DFTB (ii) un nouvel algorithme pour la génération de structures 3D de molécules à grande échelle et (iii) un schéma original permettant l'identification de multiples chemins de transition. Des corrélations entre les propriétés structurelles, énergétiques et électroniques ont été mises en évidence pour les molécules polluantes de la famille des phtalates ainsi que pour les a-CH ayant une importance du point de vue astrophysique. Ces contributions ouvrent la voie à de futures recherches visant à étendre ces méthodes à des systèmes plus grands et plus complexes
The primary aim of this thesis is to develop efficient methods for characterizing molecular conformations at a quantum level. Various methods devoted to the computation of molecular potential energy are reviewed, as well as the most popular potential energy surfaces (PES) global exploration schemes. In this context, a key contribution of this thesis is the coupling of the robotics-inspired Iterative Global exploration and LOcal Optimization (IGLOO) method, implemented in the MoMA software, with the quantum Density-Functional based Tight-Binding (DFTB) potential, implemented in the deMonNano software. The IGLOO algorithm integrates the motion planning Rapidly-exploring Random Trees (RRT) algorithm with local optimization and structural filtering. A proof of concept has been done through the identification of low-energy conformations of the alanine dipeptide.The IGLOO/DFTB coupling has been applied to the mapping of the PES of three close-sized molecules of the phthalate family (dibutyl phthalate DBP, benzyl butyl phthalate BBP and di-2-ethylhexyl phthalate DEHP), providing detailed insights into their different conformational landscapes. Various geometrical descriptors have been used to analyze their structure-energy relationships. Coulomb interactions, steric hindrance, and dispersive interactions have been found to drive the geometric properties and a strong correlation has been evidenced between the two dihedral angles describing the side-chains orientation of the phthalate molecules. The results demonstrate the method's capability to identify low-energy minima without prior knowledge of the PES.Furthermore, an innovative algorithm for the large-scale generation of molecular structures, including a conformational variety, is presented. It combines molecular graph generation with atom or fragment addition techniques. It is applied to provide an extensive database of 3D structures of hydrogenated amorphous carbon (a-CH) molecules. The analysis of the database generated in this study provides a comprehensive understanding of the relationship between the geometrical and electronic descriptors of a-C:H structures. These properties are compared with those of compact Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and linear chains, representing limit cases.Finally, a review is given on methods aiming at identifying saddle points and transition paths between low-energy conformations on the PES. A first step toward the identification of transition paths between low-energy conformations using a motion planning algorithm, known as Transition-based Rapidly-exploring Random Trees (T-RRT), is presented. A similarity measure, designated as the Symmetrized Segment-Path Distance (SSPD), is used to compare the generated trajectories. Subsequently, a clustering technique, namely the Hierarchical Clustering Analysis (HCA), is employed to group similar trajectories in order to identify the common pathways, thereby providing valuable insights into the dynamics of conformational changes. The methodology has been successfully applied to the identification of low-energy paths between two minima of the alanine dipeptide PES.Overall, the research presents significant advancements in the exploration of complex molecular PES at a quantum level including (i) the IGLOO/DFTB coupling (ii) a novel algorithm for 3D structure generation of large-scale molecules and (iii) an original scheme allowing for the identification of multiple transition paths. Correlations between the structural, energetic and electronic properties have been evidenced for the polluting phthalate molecules and astrophysically relevant hydrogenated amorphous carbon (a-CH) molecules. These contributions pave the way for future research, aiming to extend these methods to larger and more complex systems

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Schorsch, Julien. "Contributions à l'estimation paramétrique des modèles décrits par les équations aux dérivées partielles." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0143.

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Abstract:

Les systèmes décrits par les équations aux dérivées partielles, appartiennent à la classe des systèmes dynamiques impliquant des fonctions dépendantes de plusieurs variables, comme le temps et l'espace. Déjà fortement répandus pour la modélisation mathématique de phénomènes physiques et environnementaux, ces systèmes ont un rôle croissant dans les domaines de l'automatique. Cette expansion, provoquée par les avancées technologiques au niveau des capteurs facilitant l'acquisition de données et par les nouveaux enjeux environnementaux, incite au développement de nouvelles thématiques de recherche. L'une de ces thématiques, est l'étude des problèmes inverses et plus particulièrement l'identification paramétrique des équations aux dérivées partielles. Tout abord, une description détaillée des différentes classes de systèmes décrits par ces équations est présentée puis les problèmes d'identification qui leur sont associés sont soulevés. L'accent est mis sur l'estimation paramétrique des équations linéaires, homogènes ou non, et sur les équations linéaires à paramètres variant. Un point commun à ces problèmes d'identification réside dans le caractère bruité et échantillonné des mesures de la sortie. Pour ce faire, deux types d'outils principaux ont été élaborés. Certaines techniques de discrétisation spatio-temporelle ont été utilisées pour faire face au caractère échantillonné des données; les méthodes de variable instrumentale, pour traiter le problème lié à la présence de bruit de mesure. Les performances de ces méthodes ont été évaluées selon des protocoles de simulation numérique reproduisant des situations réalistes de phénomènes physique et environnementaux, comme la diffusion de polluant dans une rivière
A large variety of natural, industrial, and environmental systems involves phenomena that are continuous functions not only of time, but also of other independent variables, such as space coordinates. Typical examples are transportation phenomena of mass or energy, such as heat transmission and/or exchange, humidity diffusion or concentration distributions. These systems are intrinsically distributed parameter systems whose description usually requires the introduction of partial differential equations. There is a significant number of phenomena that can be simulated and explained by partial differential equations. Unfortunately all phenomena are not likely to be represented by a single equation. Also, it is necessary to model the largest possible number of behaviors to consider several classes of partial differential equations. The most common are linear equations, but the most representative are non-linear equations. The nonlinear equations can be formulated in many different ways, the interest in nonlinear equations with linear parameters varying is studied. The aim of the thesis is to develop new estimators to identify the systems described by these partial differential equations. These estimators must be adapted with the actual data obtained in experiments. It is therefore necessary to develop estimators that provide convergent estimates when one is in the presence of missing data and are robust to measurement noise. In this thesis, identification methods are proposed for partial differential equation parameter estimation. These methods involve the introduction of estimators based on the instrumental variable technique

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Chapelle, Frédéric. "Évaluation de systèmes robotiques et comportements complexes par algorithmes évolutionnaires." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066073.

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Foughali, Mohammed. "Vérification Formelle des Modules Fonctionnels de Systèmes Robotiques et Autonomes." Thesis, Toulouse, INSA, 2018. http://www.theses.fr/2018ISAT0033.

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Abstract:

Les systèmes robotiques et autonomes ne cessent d’évoluer et deviennent de plus en plus impliqués dans les missions à coût considérable et/ou dans les milieux humains. Par conséquent, les simulations et campagnes de tests ne sont plus adaptées à la problématique de sûreté et fiabilité des systèmes robotiques et autonomes compte tenu (i) du caractère sérieux des défaillances éventuelles dans les contextes susmentionnés (un dommage à un robot très coûteux ou plus dramatiquement une atteinte aux vies humaines) et (ii) de la nature non exhaustive de ces techniques (les tests et simulations peuvent toujours passer à côté d’un scénario d’exécution catastrophique.Les méthodes formelles, quant à elles, peinent à s’imposer dans le domaine de la robotique autonome, notamment au niveau fonctionnel des robots, i.e. les composants logiciels interagissant directement avec les capteurs et les actionneurs. Elle est due à plusieurs facteurs. D’abord, les composants fonctionnels reflètent un degré de complexité conséquent, ce qui mène souvent à une explosion combinatoire de l’espace d’états atteignables (comme l’exploration se veut exhaustive). En outre, les composants fonctionnels sont décrits à travers des languages et frameworks informels (ROS, GenoM, etc.). Leurs spécifications doivent alors être traduites en des modèles formels avant de pouvoir y appliquer les méthodes formelles associées. Ceci est souvent pénible, lent, exposé à des erreurs, et non automatique, ce qui implique un investissement dans le temps aux limites de la rentabilité. Nous proposons, dans cette thèse, de connecter GenoM3, un framework de développement et déploiement de composants fonctionnels robotiques, à des langages formels et leurs outils de vérification respectifs. Cette connexion se veut automatique: nous développons des templates en mesure de traduire n’importe quelle spécification de GenoM3 en langages formels. Ceci passe par une formalisation de GenoM3: une sémantique formelle opérationnelle est donnée au langage. Une traduction à partir de cette sémantique est réalisée vers des langages formels et prouvée correcte par bisimulation. Nous comparons de différents langages cibles, formalismes et techniques et tirerons les conclusions de cette comparaison. La modélisation se veut aussi, et surtout, efficace. Un modèle correct n’est pas forcément utile. En effet, le passage à l’échelle est particulièrement important.Cette thèse porte donc sur l'applicabilité des méthodes formelles aux compo-sants fonctionnels des systèmes robotiques et autonomes. Le but est d'aller vers des robots autonomes plus sûrs avec un comportement plus connu et prévisible. Cela passe par la mise en place d'un mécanisme de génération automatique de modèles formels à partir de modules fonctionnels de sys-tèmes robotiques et autonomes. Les langages et outils cibles sont Fiacre/TINA et UPPAAL (model checking), UPPAAL-SMC (statistical model checking), BIP/RTD-Finder (SAT solving), et BIP/Engine (enforcement de propriétés en ligne). Les modèles générés sont exploités pour vérifier des propriétés quali-tatives ou temps-réel, souvent critiques pour les systèmes robotiques et auto-nomes considérés. Parmi ces propriétés, on peut citer, à titre d'exemple, l'ordonnançabilité des tâches périodiques, la réactivité des tâches spora-diques, l'absence d’interblocages, la vivacité conditionnée (un évènement tou-jours finit par suivre un autre), la vivacité conditionnée bornée (un évène-ment toujours suit un autre dans un intervalle de temps borné), l'accessibilité (des états “indésirables” ne sont jamais atteints), etc.La thèse propose éga-lement une analyse du feedback expérimental afin de guider les ingénieurs à exploiter ces méthodes et techniques de vérification efficacement sur les mo-dèles automatiquement générés
The goal of this thesis is to add to the efforts toward the long-sought objective of secure and safe robots with predictable and a priori known behavior. For the reasons given above, formal methods are used to model and verify crucial properties, with a focus on the functional level of robotic systems. The approach relies on automatic generation of formal models targeting several frameworks. For this, we give operational semantics to a robotic framework, then several mathematically proven translations are derived from such semantics. These translations are then automatized so any robotic functional layer specification can be translated automatically and promptly to various frameworks/languages. Thus, we provide a mathematically correct mapping from functional components to verifiable models. The obtained models are used to formulate and verify crucial properties (see examples above) on real-world complex robotic and autonomous systems. This thesis provides also a valuable feedback on the applicability of formal frameworks on real-world, complex systems and experience-based guidelines on the efficient use of formal-model automatic generators. In this context, efficiency relates to, for instance, how to use the different model checking tools optimally depending on the properties to verify, what to do when the models do not scale with model checking (e.g. the advantages and drawbacks of statistical model checking and runtime verification and when to use the former or the latter depending on the type of properties and the order of magnitude of timing constraints)

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Lopez-Varela, Carmen Guadalupe. "Détection et diagnostic basés cohérence pour les systèmes à événements discrets : vers la prise en compte des erreurs de modélisation." Phd thesis, INSA de Toulouse, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00244013.

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Abstract:

Cette thèse propose une méthode de détection et diagnostic basée cohérence pour les systèmes à événements discrets. La méthode prend en compte la possibilité d'erreurs dans les modèles utilisés comme référence du bon comportement du système. La détection est réalisée par la vérification de cohérence entre le comportement observé et le comportement décrit par les modèles du système. Dans la mesure où les modèles utilisés ne sont pas exempts d'erreurs, la perte de cohérence détectée peut correspondre à une réelle défaillance au niveau du procédé ou à une erreur dans les modèles. Pour distinguer ces deux cas, il est nécessaire de déterminer les sous-modèles communs. Chaque observation émanant du procédé apporte une information utile pour l'identification de la ou des types de configuration entre les modèles. L'identification est réalisée en ligne et repose sur le parcours d'un graphe décrivant exhaustivement l'ensemble des configurations des modèles. Enfin, le rétablissement de la cohérence avec les observations par modification des modèles constitue le principe du diagnostic

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Slimi, Hamid. "Système d'Assistance à la Conduite pour Véhicules à Deux-Roues Motorisés." Phd thesis, Université d'Evry-Val d'Essonne, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00695715.

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Abstract:

À l'heure actuelle, le deux-roues motorisé (DRM) constitue un moyen de transport de plus en plus convoité, notamment pour les possibilités qu'il offre d'esquiver les engorgements de trafic. Ce constat est justifié par le nombre de DRM circulant quotidiennement et impliquant un trafic de plus en plus croissant. Néanmoins, ce phénomène conduit à l'explosion du nombre d'accidents et par conséquent un grand nombre de victimes classant ainsi, les DRM dans la catégorie des modes de transport particulièrement dangereux et ses utilisateurs dans celle des usagers très vulnérables. A première vue, le développement des aides à la conduite actives pourrait résoudre le problème de contrôlabilité du véhicule mais cette solution n'est plus envisageable dès lors qu'il s'agit de pertes de contrôle irréversibles qui constituent, par ailleurs un pourcentage très important des accidents de DRM en tant que véhicule seul. En effet, ce type de système intervient, alors que le véhicule se trouve déjà dans une situation dégradée. De plus, l'adaptabilité des aides actives sur les véhicules à deux roues motorisés reste problématique. Actuellement, l'accent est mis sur le développement des systèmes de sécurité prévenant le conducteur de DRM suffisamment en amont d'un danger pour éviter la situation conflictuelle, c'est le cas des aides préventives. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre et y contribue au niveau de la modélisation, l'identification, l'estimation d'état, l'analyse de la dynamique limite et la mise en place d'une plate-forme expérimentale. Ainsi, plusieurs points ont été traités: * Modélisation du système Véhicule-Infrastructure-Conducteur (V-I-C). * Développement d'observateurs pour l'estimation des variables d'états et des entrées inconnues. * Mise en place d'un modèle vitesse limite, servant de référence pour l'unité d'avertissement, qui tient compte de plusieurs critères (dynamique du véhicule, comportement du conducteur, géométrie de la route). * Identification d'un modèle mathématique propre au véhicule prototype (Scooter). * Mise en place d'une plate-forme expérimentale qui s'articule autour de l'instrumentation d'un scooter par un ensemble de capteurs et centrale d'enregistrement.

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Zemiti, Nabil. "Commande en Effort des Systèmes Robotiques pour la Chirurgie Mini-Invasive." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011767.

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Abstract:

Mettre en oeuvre un retour d'effort pour un système robotique dédié à la chirurgie mini-invasive impose d'adresser deux difficultés principales. La première est d'ordre métrologique, puisqu'il est technologiquement très difficile de procéder à une mesure directe de l'interaction distale à l'intérieur du patient, tout en respectant les contraintes de stérilité et d'encombrement. La seconde concerne le contrôle d'interactions dont la géométrie et la dynamique sont fortement variables et mal connues (contacts avec des organes, le chirurgien, ou d'autres instruments) dans un contexte particulier où la contrainte cinématique induite par le passage des instruments par un point fixe ne permet pas l'asservissement de toutes les composantes du torseur d'interaction.
La réponse apportée à ces questions prend ici la forme d'un système robotique bâti autour :
- d'un bras compact de cinématique sphérique ;
- d'un capteur d'efforts placé à l'extérieur du patient permettant une estimation fine des interactions distales ;
- d'une commande en effort dont la passivité est garantie pour toutes les interactions ; celle-ci est déclinée selon plusieurs modes (retour explicite, commande en impédance, téléopération à retour d'efforts).

L'ensemble des propositions méthodologiques est validé de façon systématique sur un prototype de laboratoire développé dans le cadre de ce travail. Les expériences incluent des validations in vivo sur animal, depuis des tâches élémentaires jusqu'à l'utilisation du prototype comme "main gauche" pour une opération de cholécystectomie.

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Buessler, Jean-Luc. "Architectures neuro-mimétiques modulaires : application à l'asservissement visuel de systèmes robotiques." Mulhouse, 1999. http://www.theses.fr/1999MULH0587.

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Abstract:

Les algorithmes neuro-mimétiques (ou réseaux de neurones artificiels) ont d'intéressantes applications, en particulier dans le domaine de la robotique. Des extensions à l'algorithme des Cartes Auto-Organisatrices de Kohonen permettent un apprentissage supervisé rapide. Il devient cependant difficile de réaliser l'entraînement lorsqu'une relation complexe est définie par un trop grand nombre de variables. Le travail de thèse explore la possibilité de créer des architectures modulaires en composant les réponses de plusieurs réseaux neuronaux. Il montre que l'apprentissage peut être réalisé en introduisant une architecture bidirectionnelle. Chaque module apprend à la fois la transformation directe et la transformation inverse entre ses entrées et ses sorties. Les deux flux d'information ainsi définis permettent de dériver des règles d'adaptation locales pour chacun des modules. Ce principe général est détaillé avec l'algorithme de Kohonen. Différents schémas de compositions modulaires sont proposés et analysés. L'objectif est de conserver la souplesse d'utilisation d'un réseau neuronal monolithique. L'entraînement est défini à partir des mêmes exemples, que son architecture interne comporte un ou plusieurs réseaux neuronaux. Cette technique est illustrée avec plusieurs scénarios d'asservissement visuel des mouvements d'un bras manipulateur. Les caméras, montées sur une tête robotique, suivent les déplacements du bras. Les informations résultant du traitement de l'image et celles de la vision active sont intégrées par un contrôleur neuronal pour déterminer les consignes robotiques. L'apprentissage de ce neuro-contrôleur peut être entièrement réalisé en contexte, en exploitant les corrélations sensori-motrices durant les mouvements des robots. Une plate-forme robotique nous a permis de tester et de comparer diverses architectures modulaires du neuro-contrôleur. Les résultats illustrent les avantages de cette forme de modularité connexionniste.

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Joukhadar, Ammar. "Simulation dynamique et applications robotiques." Phd thesis, Grenoble INPG, 1997. http://www.theses.fr/1997INPG0069.

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Abstract:

Nous décrivons, dans cette thèse, des modèles et des algorithmes conçus pour produire des simulations dynamiques efficaces et consistantes, dans le contexte de la Robotique d'intervention (c'est-à-dire, pour les tâches robotiques qui impliquent des contraintes fortes sur la nature de l'interaction entre des objets qui ne sont pas forcément rigides). Ces modèles et ces algorithmes ont été intégrés et implantés dans le système Robot_Phy qui peut être potentiellement reconfiguré pour traiter une grande variété de tâches d'intervention, comme la manipulation dextre d'un objet par une main robotique, la manipulation d'un objet non rigide, la téléprogrammation du mouvement d'un véhicule tout-terrain, ou encore des tâches chirurgicales assistées par robot (par exemple, le positionnement d'un ligament artificiel dans la chirurgie du genou). L'approche utilise une nouvelle technique de modélisation physique pour produire des simulations dynamiques qui sont à la fois efficaces et consistantes avec les lois de la physique. Les avantages par rapport aux travaux antérieurs dans le domaine de la robotique et de la synthèse d'image sont: le développement d'une structure unique pour traiter simultanément le mouvement, les déformations, et les interactions; et l'incorporation d'algorithmes et de modèles appropriés pour obtenir un temps d'exécution efficace en assurant un comportement consistant avec les lois de la physique. Les contributions principales de ce système sont: l'intégration de la notion du système masse/ressort avec la dynamique d'objets rigides, la discrétisation adaptative basée sur la notion de matrice d'inertie et de centre d'inertie, le pas de temps adaptatif basé sur la notion de l'énergie mécanique pour optimiser le temps de calcul et éviter la divergence numérique, la détection rapide du contact entre polyèdres déformables, et l'identification des paramètres physiques en utilisant les algorithmes génétiques
We describe models and algorithms designed to produce efficient and physically consistent dynamic simulations. These models and algorithms have been implemented within the RobotΦ system\cite(RAP95) which can potentially be configured for a large variety of interven\-tion-style tasks such as dextrous manipulations with a robot hand; manipulation of non-rigid objects; tele-programming of the motions of an all-terrain vehicle; and some robot assisted surgery tasks (e. G. Positioning of an artificial ligament in knee surgery). The approach uses a novel physically based modeling technique to produce dynamic simulations which are both efficient and consistent according to the laws of the Physics. The main advances over previous works in Robotics and Computer Graphics fields are twofold: the development of a unique framework for simultaneously processing motions, deformations, and physical interactions; and the incorporation of appropriate models and algorithms for obtaining efficient processing times while insuring consistent physical behaviors

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Nguyen, Anh vu. "Matériaux composites à renfort végétal pour l'amélioration des performances de systèmes robotiques." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22606/document.

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Abstract:

L’amélioration des performances des robots est un enjeu important dans le domaine industriel. Les objectifs visés sont l’augmentation de l’espace de travail, de la capacité de charge transportable, de la vitesse de travail et de la précision du robot. Pour atteindre ces objectifs, il faut en général augmenter la rigidité, diminuer la masse et augmenter la capacité d’amortissement du robot. Les robots actuels sont généralement fabriqués en métaux : aluminium ou acier, ce qui limite leurs performances en raison des faibles capacités d’amortissement des vibrations de ces matériaux. Les matériaux composites présentent l’avantage de combiner des matériaux différents, ce qui conduit à une variété de leurs performances. Parmi les types de renforts, les fibres de carbone présentent un module d’élasticité élevé permettant la conception de pièces de grandes rigidités statiques mais elles possèdent une faible capacité d’amortissement. Les fibres végétales, par contre, possèdent une faible densité, de bonnes propriétés spécifiques et des capacités d’amortissement élevées. Cette thèse porte sur l’amélioration des performances d’un robot parallèle 3CRS en utilisant des matériaux composites pour reconcevoir des pièces initialement fabriquées en aluminium. La thèse commence d’abord par une caractérisation des comportements statiques et dynamiques du robot initial constitué de bras en aluminium. Ensuite, la forme des segments des bras robotiques est optimisée par rapport aux sollicitations mécaniques sur le robot. Un nouveau composite stratifié hybride renforcé par des fibres de carbone et des fibres de lin est alors proposé. Cette combinaison permet d’allier les avantages des deux types de fibres dans un composite pour le dimensionnement des composants sous sollicitation élevée. La structure de ce nouveau composite a été optimisée puis un segment est fabriqué pour valider la conception. Finalement, l’étude du nouveau robot avec des bras en matériaux composites a été réalisée, les résultats montrent que la rigidité du robot augmente, sa masse diminue légèrement et sa capacité d’amortissement augmente considérablement par rapport au robot initial. Donc, l’application du composite stratifié hybride peut améliorer les performances statiques et dynamiques et augmenter significativement la précision en fonctionnement du robot 3CRS
Improvement of the robot’s performances is a major challenge in the industrial field. In general, improvement objectives are increasing workspace, transportable capacity, speed and precision of the robot. To achieve these objectives, it must increase rigidity, reduce weight and increase damping capacity of the robot. Currently, the robots are generally made of metals: aluminum or steel, which limits their performances due to low damping capacity of these materials.Composite materials present an advantage to combine different materials, which leads to a variety of composite material properties. Among the types of reinforcements, carbon fibers show high modulus that enables robotic parts with high static rigidities to be designed. However, carbon fibers have generally a low damping capacity. Natural fibers have low density, good specific properties and high damping capacity.This thesis focuses on the improvement of the performances of the 3CRS parallel robot by using the composite material to redesign robot parts initially made of aluminum. The thesis begins with static and dynamic characterizations of the original robot. Then, the shape of segments of the robotic arms is optimized with respect to applying force on the robot. A hybrid laminated composite reinforced with carbon fibers and flax fibers is proposed for the use. This combination enables to combine the advantages of two fiber types in a composite for using in high loaded components. The structure of the new hybrid laminated composite is optimized and a composite segment is then fabricated in order to validate the design. Finally, the analysis of the new robot with composite arms is executed. The result shows that the new robot has a slightly higher rigidity, lighter mass and considerably greater damping capacity in comparison with the original robot. Therefore, the application of the hybrid composite could improve the static and dynamic performances and increases considerably the accuracy in operation of the robot 3CRS

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Fragkoulis, Dimitrios. "Détection et localisation des défauts provenant des capteurs et des actionneurs : application sur un système non linéaire." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00339630.

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Abstract:

Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à la détection, l'isolation et l'identification de défauts pour une classe de systèmes dynamiques continus non linéaires avec entrées affines. Nous avons focalisé notre étude sur les défauts additifs qui apparaissent au niveau des actionneurs et des capteurs. En supposant que nous disposons de l'état du système, des algorithmes de détection, d'isolation et d'identification de défauts basés sur des observateurs adaptatifs ont été développés. Le premier algorithme proposé traite les défauts actionneurs et est constitué de deux banques d'observateurs adaptatifs ayant une structure particulière qui nous permet d'isoler des défauts simples et multiples. La première banque est dédiée à la détection et l'identification du défaut ; ensuite sur la base des valeurs candidates, issues de l'identification, la deuxième banque isole l'actionneur en défaut. Un deuxième algorithme est proposé pour les défauts capteurs. Avant de traiter le problème, nous avons reformulé le modèle avec l'aide d'un filtre, ce qui a permis d'augmenter l'état du système et ainsi transformer les capteurs du système originel en actionneurs du nouveau système augmenté. Ce deuxième algorithme est basé sur la création d'une banque d'observateurs adaptatifs non linéaires, où chaque observateur isole le défaut associé à chaque capteur. Les avantages de la méthode proposée est qu'il ait possible de détecter, d'isoler et d'identifier les défauts simples, multiples et simultanés. La pertinence de ces deux algorithmes est examinée à partir de résultats de simulation obtenus sur un modèle académique de la littérature et sur un modèle d'un procédé de traitement des eaux usées en présence de bruit de mesure.

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Nganga-Kouya, Donatien. "Commande non linéaire hybride force/position pour les systèmes robotiques avec contraintes holonomiques." Mémoire, École de technologie supérieure, 2003. http://espace.etsmtl.ca/728/1/NGANGA%2DKOUYA_Donatien.pdf.

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Abstract:

Cette thèse qui présente une étude générale effectuée sur un robot expérimental, concerne spécifiquement la modélisation et la commande non linéaire basée sur la technique "strict-feedback du backstepping" (SFB) en force et en position, en y introduisant les notions des systèmes passifs. La contribution apportée est relative au développement des lois de commandes passives et adaptatives pour la commande en force et en position. Ces lois de commande ainsi conçues ont l'avantage d'être compatibles aux systèmes robotiques avec des contraintes holonomiques. La modélisation cinématique et la modélisation dynamique, ainsi que des simulations réalisées dans un plan, ont été effectuées à partir des données du robot expérimental. L'architecture de ce robot se caractérise par l'axe 1 qui est prismatique, n axes rotatifs pouvant avoir une structure redondante, et à l'extrémité, deux axes rotatifs (n+1 et n+2) matérialisant le tangage et le roulis. La modélisation cinématique a été réalisée en appliquant la théorie des paramètres de Danevit-Hartenberg (DH), tandis que le modèle dynamique a été l'application des équations de Lagrange. Les matrices des interties, des forces de Coriolis et le vecteur des termes de gravité, issus du modèle dynamique dans l'espace articulaire, ont ensuite été convertis dans le domaine cartésien, puis dans l'espace de la tâche, asortis d'un découplage en force et en position. Nous sommes assurés au préalable que la matrice M des inerties est symétrique et définie positive en rapport avec la matrice C des forces de Coriolis. Aussi, une contrainte en vitesse dans la direction z d'un système d'axes orthonormé, fixe par rapport à l'effecteur et perpendiculaire à la surface de contact, pour une architecture de quatre axes a été imposée au modèle dynamique. Pour atteindre l'objectif qui est celui d'obtenir une stabilité asymptotique globale du système, l'option de la conception de deux lois de commande non linéaires adaptatives hybrides par la technique SFB a été retenue. Un des avantages de ces conceptions et l'élaboration de leur algorithme de commande est celui d'imposer des propriétés de stabilité désirées en fixant ou en calculant respectivement des fonctions: mémoire, de sortie et stabilisatrice, à chaque étape récursive du système en cascade. À cette technique du SFB, nous considérons entre autre la théorie des systèmes passifs. La conception de ces deux lois de commande adaptatives correspond à trois méthodes distinctes pour l'adaptation des paramètres. Nous mettons en place par ce biais deux lois de commande ayant une flexibilité et qui regroupent en leur sein plusieurs propriétés que possèdent les lois de commande existantes. Les forces et les trajectoires désirées correspondent de toute évidence aux forces et aux trajectoires assignées avec des erreurs de poursuite acceptables, aussi bien pour le suivi des forces que pour celui des positions. Toute la méthodologie utilisée et tous les algorithmes de commande asssortis des résultats de simulation vous sont présentés dans cette thèse doctorale.

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Trad, Hatem. "Un environnement de pilotage dirigé par les objectifs pour les applications robotiques manufacturières." Chambéry, 1996. http://www.theses.fr/1996CHAMS041.

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Abstract:

Suite à l'apparition de dysfonctionnements lors de l'exécution, les programmes des robots d'une application manufacturière doivent être modifiés en relation avec les objectifs qu'ils réalisent initialement. L'objet de cette thèse est la définition d'un système de pilotage multi-experts qui puisse s'intégrer au sein du système de conduite de l'atelier manufacturier et qui soit doté de capacités de correction de dysfonctionnements. Nous proposons à cet effet un modèle des applications robotiques manufacturières en se basant sur leurs programmes et en rapport avec une approche de pilotage dirigé par les objectifs de chaque application. Nous définissons dans ce cadre une «boucle» de pilotage qui est basée sur les fonctions de compréhension, de planification et de communication. Nous organisons le pilotage selon deux niveaux hiérarchiques qui sont issus de la caractérisation des processus des systèmes: le processus opérant, le processus générateur de plans et le processus générateur de finalités. Nous considérons que le pilotage de l'application est réalisé par les processus générateurs de plans et de finalités dont nous définissons les éléments caractéristiques et le fonctionnement. Dans le cas des applications robotiques manufacturières nous identifions deux types de systèmes relatifs aux activités élémentaires qui sont exécutées dans le système de production et à la coordination des activités précédentes. Nous donnons ainsi les processus caractéristiques de ces deux types de système. Nous appliquons enfin le résultat de nos travaux au cas d'une application manufacturière particulière.

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Schorsch, Julien. "Contributions à l'estimation paramétrique des modèles décrits par les équations aux dérivées partielles." Phd thesis, Université de Lorraine, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00913579.

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Abstract:

Les systèmes décrits par les équations aux dérivées partielles, appartiennent à la classe des systèmes dynamiques impliquant des fonctions dépendantes de plusieurs variables, comme le temps et l'espace. Déjà fortement répandus pour la modélisation mathématique de phénomènes physiques et environnementaux, ces systèmes ont un rôle croissant dans les domaines de l'automatique. Cette expansion, provoquée par les avancées technologiques au niveau des capteurs facilitant l'acquisition de données et par les nouveaux enjeux environnementaux, incite au développement de nouvelles thématiques de recherche. L'une de ces thématiques, est l'étude des problèmes inverses et plus particulièrement l'identification paramétrique des équations aux dérivées partielles. Tout abord, une description détaillée des différentes classes de systèmes décrits par ces équations est présentée puis les problèmes d'identification qui leur sont associés sont soulevés. L'accent est mis sur l'estimation paramétrique des équations linéaires, homogènes ou non, et sur les équations linéaires à paramètres variant. Un point commun à ces problèmes d'identification réside dans le caractère bruité et échantillonné des mesures de la sortie. Pour ce faire, deux types d'outils principaux ont été élaborés. Certaines techniques de discrétisation spatio-temporelle ont été utilisées pour faire face au caractère échantillonné des données; les méthodes de variable instrumentale, pour traiter le problème lié à la présence de bruit de mesure. Les performances de ces méthodes ont été évaluées selon des protocoles de simulation numérique reproduisant des situations réalistes de phénomènes physique et environnementaux, comme la diffusion de polluant dans une rivière.

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Hungr, Nikolai. "Conception et évaluation de systèmes robotiques de ponction d'aguilles percutanées sous contrôle d'imagerie médicale." Phd thesis, Université de Grenoble, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00997017.

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Abstract:

Cette thèse décrit la conception et l'évaluation de systèmes robotiques de ponctions percutanées d'aiguilles guidés par imagerie médicale. Les ponctions percutanées d'aiguilles sont devenues de plus en plus communs dans la diagnostique et le traitement d'un assortiment de maladies humaines. Des exemples d'interventions fréquentes sont les biopsies, les ablations de tumeurs par radiofréquence, la cryothérapie, le drainage et la curiethérapie, entre autres. Le couplage de l'imagerie médicale avec l'insertion d'une aiguille donne suite à un nombre de difficultés pour le clinicien, tels que l'alignement précis de l'aiguille à la trajectoire planifiée dans l'image, la réalisation de trajectoires complexes et hors-plans difficiles à visualiser, et la compensation du mouvement et déformation des tissus mous. La robotique peut être utilisé pour assister à ces procédures pour simplifier les défis et potentiellement améliorer leur précision, leur bénéfices cliniques et leurs taux d'inclusion. Cette thèse expose les défis techniques et cliniques auxquels il faut faire typiquement face pendant la conception et l'évaluation de tels robots de ponction, tout en restant sur les aspects qui les différentient d'autres robots médicaux. Une revue de l'état de l'art est utilisé pour décrire ces défis et pour présenter les divers solutions déjà proposés pour leur faire face. Sur cette base, deux tels systèmes robotiques, développés pendant cette thèse, sont décrits en détail, donnant ainsi des exemples concrètes des nombreuses contraintes imposés dans le cadre de ponctions d'aiguilles guidés par imagerie médicale. Le premier système, s'appelant PROSPER, est dédié aux interventions prostatiques transpérinéales guidés par imagerie ultrasonique, en particulier la curiethérapie. Le robot est fixé à la table chirurgicale et une sonde échographique 3D transrectale lui est rigidement relié, permettant ainsi un calibrage préopératoire entre l'espace du robot et l'espace image. Le protocole développé pour ce système inclue un recalage écho-écho peropératoire pour compenser le mouvement et la déformation de la prostate pendant l'insertion des aiguilles. Ce chapitre expose les défis d'un système qui n'est pas physiquement présent dans l'espace de l'image et qui tient en compte le divers contraintes intrinsèques à l'environnement des tissus mous. Le deuxième système s'appelle LPR et est destiné à la radiologie interventionnelle des régions thoraciques et abdominopelviennes, sous guidage TDM et IRM. Il est fixé sur le corps du patient et positionne et insère une aiguille selon une trajectoire et visant une cible choisis par le radiologue dans l'image. Le robot est calibré à l'image en peropératoire par moyens de mires multimodales incorporés dans la structure du robot. Il est entièrement compatible avec les deux modalités d'imagerie en terme de qualité d'image et contraintes de taille. Par rapport au robot PROSPER, ce chapitre montre comment la présence du robot dans l'espace de l'image donne suite à un nombre d'autres défis qui doivent être considérés pour permettre son acceptabilité clinique. Dans les descriptions des deux systèmes, l'accent est mis sur les solutions innovantes mises en place dans le but de fournir des vrais bénéfices cliniques aux patients ainsi qu'aux cliniciens. Des prototypes de chaque système ont été développés et évalués sur des fantômes synthétiques en termes de leur précision et compatibilité préclinique.

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Akhtar, Nadeem. "Contribution à la spécification formelle et à la vérification de systèmes multi-agents robotiques." Lorient, 2010. http://www.theses.fr/2010LORIS190.

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Abstract:

L'une des tâches les plus difficiles en ingénierie des spécifications de systèmes multi-agents robotiques est d'assurer les propriétés d’exactitude que sont la sûreté et la vivacité. Comme ces systèmes complexes sont concurrents et s’exécutent dans des environnements dynamiques et distribués, leur spécification formelle, leur vérification ainsi que leur transformation par raffinement jouent un rôle majeur dans la fiabilité du système. Nos objectifs sont de proposer une approche de développement basée sur une combinaison de méthodes et de techniques qui permettent la vérification formelle et la validation pendant la définition des spécifications et qui soit flexible. Cette approche permet la transformation par raffinement des spécifications abstraites et des propriétés fonctionnelles et non-fonctionnelles en des spécifications concrètes permettant leur vérification formelle. Les systèmes multi-agents robotiques sont des systèmes concurrents ayant des processus parallèles qui peuvent avoir des besoins de synchronisation. Une étude de cas de systèmes multi-agents robotiques a été présentée pour illustrer des spécifications formelles et leurs vérifications. Une combinaison d'algèbre de processus et de techniques basées sur des automates à état nous a permis de défini r les spécifications formelles de notre système, vérifier les propriétés de sûreté et de vivacité ainsi que le déroulement possible d'exécutions simultanées, cela nous a également permis d’identifié les avantages des méthodes formelles pour les systèmes multi-agents robotiques. Les méthodes formelles et les langues sont fondées sur des bases mathématiques solides. Notre capacité à construire des systèmes complexes devient d’autant plus grande que les techniques de vérification formelles deviennent plus matures. Pour traiter les problèmes de complexité des systèmes multi-agent et obtenir des résultats significatifs avec l'analyse formelle, nous devons nous occuper de la complexité à chaque stade du système multi-agent : de la phase de spécification à l'analyse, conception et la phase de vérification. La vérification formelle peut accomplir la couverture exhaustive complète du système garantissant ainsi que les échecs non détectés dans le comportement sont exclus. L'approche prise est de spécifier formellement chaque sous-portion d'un système et de la vérifier et ensuite, si c'est en accord avec du système ensemble, passer à la vérification formelle de chaque sous-partie du système. De cette manière les propriétés de sûreté et de vivacité du système peuvent être prouvées en formalisant les différentes composantes et des processus dans le cycle de vie de développement de système. Avoir une fondation formelle pour les langues et les instruments permit : l’amélioration de la documentation et la compréhension des spécifications, l'analyse rigoureuse de propriétés de système, être certain que les transformations et l'implémentation sont possibles sans erreur tout en conservant leurs propriétés, l’amélioration de la rigueur et de la qualité du processus de développement entier et fournir une fondation ferme pendant le processus d'évolution et d’adaptation. Par conséquent une solution est proposée se composant des méthodes multiples et des techniques pour la spécification formelle et la vérification de ces systèmes. Nous avons utilisé la méthode multi-agents Gaia ainsi que des processus et des automates d’états finis, et avons défini les spécifications formelles de notre système, vérifié leur correction avec propriétés de sûreté et de vivacité en générant tous les flux d'exécutions possibles. La logique temporelle LTS utilise le Processus d'État Fini (FSP) comme langue de contribution pour officiellement définir et vérifier que notre système et vérifier ses limites par l'enquête exhaustive de système expose l'espace pour la vérification formelle de chaque composante du système pour garantir les propriétés de sûreté et de vivacité. π-ADL dot NET est utilisé pour définir l'architecture de système et vérifier les aspects statiques aussi bien que dynamiques d'architecture. Le système est exécuté en utilisant le Microsoft Robotics Developer Studio (MRDS) l'environnement de simulation. Cette recherche présente une étude de cas complète qui est illustré au travers de la spécification d’un système multi-agents robotiques
One of the most challenging tasks in software engineering for multi-agent robotic systems is to ensure correctness properties of safety and liveness. As these systems have concurrency, and often have dynamic environments, the formal specification and verification of these systems along with step-wise refinement from abstract to concrete concepts play a major role in system correctness. The problem statement is: How can a safe multi-agent robotic system be developed? Here by safe the focus is on correctness properties which can be described by a combination of safety and liveness. How can safety and liveness properties be enforced during the development of multi-agent robotic system? Our objectives are to propose a development approach based on a combination of methods and techniques that allow for formal verification and evaluation during specification definition and that is also flexible. An approach which supports analysis with respect to functional, as well as non-functional properties by step-wise refinement from abstract to concrete specifications and then formal verification of these specifications. We have analysed the development process of a robotic multi-agent system after classifying it in the major phases of requirement specifications, verification specifications, architecture specifications and implementation. Formal methods and languages are based on a solid mathematical foundation. To catch up with the complexity problems in multi-agent systems and get significant results with formal analysis, we must cope with complexity at every stage of development: from the specification phase to the analysis, design and verification phase. Formal verification can be used for exhaustive investigation of system space thus ensuring that undetected failures in the behaviour are excluded. We construct the system incrementally from subcomponents, based on software architecture. State reduction is achieved by hiding actions and minimising; property checks remain in the minimised subcomponents. Each component of a specification is described as LTS, which has all the possible states a component may reach and all possible transitions it may perform. The reasons for having a formal foundation for the languages and tools are: (1) to enable rigorous analysis of system properties; (2) to be as certain as possible that the specifications, transformations, and implementation are property-preserving and error-free; (3) to improve rigor and quality of the whole development process; (4) to provide a firm foundation during the adaptation and evolution process; (5) to improve documentation and understanding of specifications. A solution has been proposed for formal specification and verification of safety and liveness properties. Our contributions are (1) an approach based on a combination of methods to allow for formal verification and evaluation during requirement specifications, verification specifications, architecture specifications, and implementation; (2) checking safety and liveness properties of correctness during each development phase; (3) a multi-agent robotic system case study to exemplify formal specifications and verification; (4) a combination of process algebra and finite automata based techniques to define the formal specifications of our system, using a model-checking method and verifying all possible flow of concurrent executions; (5) identifying the benefits of formal methods for multi-agent robotic systems. We have used the Gaia multi-agent method for requirement specifications; Labelled Transition Systems (LTS) based finite automata techniques, which take Finite State Process (FSP) as input language for verification specification; The π-ADL dot NET is used to define architecture specifications and check the static, as well as dynamic aspects of architecture; Then the system is implemented by using Service-Oriented Architecture (SOA) based Microsoft Robotics Developer Studio (MRDS) simulation environment

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Abci, Boussad. "Approche informationnelle pour la navigation autonome tolérante aux défauts : application aux systèmes robotiques mobiles." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I073.

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Abstract:

La navigation autonome des systèmes robotiques mobiles a suscité un grand intérêt dans la communauté scientifique ces dernières années. Cela est principalement dû à la diversité de ses secteurs d’applications et les différents challenges qu'elle représente. En raison de l'absence d'une intervention humaine, la navigation autonome doit être sûre, fiable et précise. Néanmoins, elle peut être sujet à différentes dégradations qui peuvent compromettre son objectif. En effet, les perturbations externes, tout comme les défauts capteurs et actionneurs, affectent les différents aspects de la navigation autonome que sont la localisation, la planification et le suivi de trajectoire. C'est pourquoi nous consacrons cette thèse à l'étude et à la conception de nouveaux algorithmes qui contribuent à rendre le système de navigation robuste et tolérant aux défauts. Nous avons fait le choix d'utiliser des algorithmes de diagnostic de défauts capteurs et actionneurs à base de résidus, et une commande robuste par modes glissants permettant d'assurer une tolérance passive contre une classe plus large de perturbations externes, qui ne sont pas forcément bornées d'une manière uniforme. La couche de diagnostic proposée est purement informationnelle. Elle se base sur l'utilisation de deux filtres informationnels avec différents modèles d'évolution, et les divergences de Bhattacharyya et de Kullback-Leibler pour la conception des résidus. Ces résidus sont évalués via des méthodes statistiques pour permettre la détection, la localisation et l'exclusion de défauts capteurs et actionneurs. L'approche proposée est appliquée sur des systèmes robotiques mobiles à roues avec entraînement différentiel. Les résultats expérimentaux obtenus sur la plate-forme robotique PRETIL de CRIStAL sont présentés et discutés
Over the last years, autonomous navigation for mobile robot systems has known an increasing interest from the scientific community. This is mainly due to the diversity of its applications and the different challenges that it represents. Without any human intervention, autonomous navigation must be safe, reliable and accurate. Nevertheless, it may be subject to various degradations that could compromise its objective. Indeed, external disturbances, as well as sensor and actuator faults, may affect the different aspects of autonomous navigation, which are localization, path planning and trajectory tracking. This is why we are devoting this thesis to the design of new algorithms that contribute to make the navigation system robust against external disturbances and tolerant to sensor and actuator fauts. We have adopted a residual generation based fault-diagnosis strategy combined with a robust sliding mode controller that is robust against a certain class of perturbations that are not necessary uniformly bounded. The proposed diagnostic layer is purely informational. It is based on the use of two information filters with different evolution models, and the divergences of Bhattacharyya and Kullback-Leibler for residual design. These residuals are evaluated using statistical methods, in order to detect, isolate then exclude sensor and actuator faults from the navigation system. The proposed approach is applied to different differential drive mobile-robot systems. Experimental results obtained by using the CRIStAL robotic platform, so-called PRETIL, are presented and discussed

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Do, Hoang Quynh Anh. "Analyse et justification de la sécurité de systèmes robotiques en interaction physique avec l’humain." Thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://www.theses.fr/2015INPT0025/document.

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Abstract:

Les systèmes s’adaptant à leur environnement et en interaction physique avec l’homme se développent de plus en plus dans des domaines comme le médical, l’assistance aux personnes ou le travail en usine. Ils diffèrent des systèmes classiques par leur capacité à s’adapter à l’environnement et à prendre des décisions en tenant compte de leur perception de l’environnement et notamment de l’homme. La défaillance de tels systèmes pouvant avoir des conséquences catastrophiques sur l’homme, l’analyse et la démonstration du niveau de confiance que l’ont peut leur accorder vis-à-vis de la sécurité-innocuité, et a fortiori leur certification, constituent aujourd’hui un vrai défi. La construction d’argumentaire de sécurité (ou dossier de sécurité, ou safety case), est un des moyens permettant de préparer la certification de tels systèmes. Il s’agit principalement de justifier pour chaque danger comment il a été traité et ramené à un niveau acceptable. Malheureusement, dans le cas des systèmes robotiques, de nombreuses incertitudes subsistent, et il n’existe pas à l’heure actuelle de méthode systématique permettant la construction de tels dossiers de sécurité et la démonstration du niveau de confiance sous-jacent. L’objectif des travaux est de contribuer à la définition d’une telle méthode en partant d’une technique d’analyse du risque dédiée à l’analyse des interactions humain-robot, puis en s’appuyant sur des modèles formalisés de construire l’argumentaire de sécurité et d’évaluer automatiquement le niveau de confiance dans cet argumentaire
Robotic systems that continuously adapt to their environment and physically interact with human are increasingly used in various fields like personal assistance or factory work. They are characterised by their ability to adapt to the environment, to take decision in the light of their perception of the environment and particularly of the human. As the failure of such systems may lead to catastrophic consequences, analysis and justification of the level of confidence in these systems with regards to safety, and furthermore their certification is a real challenge. The construction of a Safety Case is one of the means that can be used to support the certification of such systems. It is aimed at describing and justifying how every hazard has been mitigated and its severity maintained as low as reasonably possible. However, for robotic systems that have to deal with many uncertainties, there is a lack of a systematic approach to support the construction of their Safety Case and the assessment of its underlying confidence. Our research aims at contributing to the development of such a systematic approach starting with a risk analysis focusing on human-robot interactions, followed by Safety Case construction from formalized models and finally an automatic assessment of the confidence in safety argumentation. As a case study, the safety of a rehabilitation robot for strolling is analysed and justified based on the approaches developed in this thesis

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Khayati, Karim. "Commande des systèmes sous frottement utilisant le formalisme LMI : application aux systèmes robotiques avec contact et aux actionneurs pneumatiques." Mémoire, École de technologie supérieure, 2006. http://espace.etsmtl.ca/530/1/KHAYATI_Karim.pdf.

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Abstract:

Le frottement présente systématiquement un risque accablant dans l'altération des performances de mouvement des systèmes mécaniques. La mise-en-place d'un système de contrôle efficace pour dissiper ce genre d'anomalie constitue encore un sujet d'actualité dans les domaines de la recherche et de l'ingénierie. Les mécaniciens, les tribologues, spécialistes de la théorie de frottement, et les automaticiens oeuvrent pour l'étude de ce phénomène des points de vue: caractérisation, modélisation et compensation. Une revue assez exhaustive de ces travaux est présentée dans le chapitre 1. Dans le présent travail de thèse, nous proposons un schéma général de contrôle des systèmes sous frottement que nous pouvons utiliser dans plusieurs applications. En respectant les paradigmes standards de stabilité, de robustesse et d'optimisation (de types H2, H∞ , etc.), ce shéma est basé sur l'estimation en boucle fermée du frottement dynamique, selon le modèle de LuGre, et la structure dynamique de contrôle linéaire par retour de sortie. La synthèse de cette commande repose sur les outils numériques des inégalités matricielles linéaires. En plus, pour tenir compte de la variété des structures dynamiques de mouvement et aussi de force dans les différents dispositifs en question, le schéma de la commande que nous proposons peut comprendre des termes d'actions statiques (ou) dynamiques, linéaires (ou) non linéaires et éventuellement robustes. Une illustration simple de la commande de mouvement d'une masse, sur une surface sous frottement, est exposée dans le chapitre 2. Il s'agit d'une généralisation du principe de commande stabilisante par rétroaction statique introduit par Canudas et al.(1995). Ensuite, nous appliquons notre schéma dans des cas plus complexes (non linéarités, incertitudes et couplages de force/position non négligeables). Pour ce faire, nous proposons dans le chapitre 3 l'étude de la commande hybride de position/force du robot manipulateur dont l'élément final est en contact sous frottement avec une surface donnée. Dans le chapitre 4, nous développons le schéma de contrôle de force (i.e. de pression) de l'actionneur pneumatique. Et dans le chapitre 5, nous présentons le schéma détaillé de contrôle de position de ce type d'installation qui renferme plusieurs points de contact avec frottement. Des résultats expérimentaux sont présentés pour valider notre approche de commande et aussi la comparer à d'autres schémas de commande et/ou de compensation de frottement. Pour conclure ce travail, nous recommandons, en particulier, l'extension de l'approche proposée en utilisant un modèle de frottement encore plus générale comme celui de glissement généralisé de Maxwell (GMS) dans une suite logique et aussi ambitieuse de ce travail.

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Thieffry, Roland. "Etude et Validation de Systèmes d'Aide à l'Autonomie des Personnes Handicapées." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066320.

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Ho, Dinh Khanh. "Gestion des ressources et de l’énergie orientée qualité de service pour les systèmes robotiques mobiles autonomes." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4000.

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Abstract:

Les systèmes robotiques mobiles autonomes deviennent de plus en plus complexes avec l’intégration de composants de capteurs et d’actionneurs et de fonctionnalités avancées pour effectuer les missions réelles. Pour ces systèmes techniques, les exigences sont divisées en deux catégories : les exigences fonctionnelles et les exigences non-fonctionnelles. Alors que les exigences fonctionnelles représentent ce que le robot doit faire pour accomplir la mission, les exigences non-fonctionnelles représentent la façon dont le robot exécute la mission. Ainsi, la qualité de service et l’efficacité énergétique d’une mission robotique sont classées dans cette catégorie. L’autonomie de ces systèmes est pleinement atteinte lorsque les exigences fonctionnelles et non-fonctionnelles sont garanties sans aucune intervention humaine ni aucun contrôle externe. Cependant, ces systèmes mobiles sont naturellement confrontés à des contraintes de disponibilité des ressources et de capacité énergétique, notamment dans le cadre de mission à longue durée, ces contraintes deviennent plus critiques. De plus, la performance de ces systèmes est également influencée par des conditions environnementales inattendues et non structurées dans lesquelles ils interagissent. La gestion des ressources et de l’énergie en cours de mission est donc un défi pour les robots mobiles autonomes afin de garantir les objectifs de performance souhaités tout en respectant les contraintes. Dans ce contexte, la capacité du système robotique à prendre conscience de ses propres comportements internes et de son environnement physique et à s’adapter à ces circonstances dynamiques devient importante.Cette thèse porte sur la qualité de service et l’efficacité énergétique des systèmes robotiques mobiles et propose une gestion hiérarchique en cours d’exécution afin de garantir ces objectifs non-fonctionnels de chaque mission robotique. Au niveau de la gestion locale de chaque mission, un MISSION MANAGER utilise un mécanisme de prise de décision fondé sur l’apprentissage par renforcement pour reconfigurer automatiquement certains paramètres clés propres à la mission afin de minimiser le niveau de violation des objectifs de performance et des objectifs énergétiques requis. Au niveau de la gestion globale de l’ensemble du système, un MULTI-MISSION MANAGER s’appuie sur des règles de prise de décision et des techniques de raisonnement par cas pour suivre les ressources du système et les réponses des MISSION MANAGERs afin de décider de réallouer le budget énergétique, de régler la qualité du service et de déclencher l’apprentissage en ligne pour chaque mission robotique. La méthodologie proposée a été prototypée et validée avec succès dans un environnement de simulation et le cadre de gestion est également intégré dans notre système robotique mobile réel basé sur une base mobile de Pioneer-3DX équipée d’une plate-forme embarquée de NVIDIA Jetson Xavier
Mobile robotic systems are becoming more and more complex with the integration of advanced sensing and acting components and functionalities to perform the real required missions. For these technical systems, the requirements are divided into two categories: functional and non-functional requirements. While functional requirements represent what the robot must do to accomplish the mission, non-functional requirements represent how the robot performs the mission. Thus, the quality of service and energy efficiency of a robotic mission are classified in this category. The autonomy of these systems is fully achieved when both functional and non-functional requirements are guaranteed without any human intervention or any external control. However, these mobile systems are naturally confronted with resource availability and energy capacity constraints, particularly in the context of long-term missions, these constraints become more critical. In addition, the performance of these systems is also influenced by unexpected and unstructured environmental conditions in which they interact. The management of resources and energy during operation is therefore a challenge for autonomous mobile robots in order to guarantee the desired performance objectives while respecting constraints. In this context, the ability of the robotic system to become aware of its own internal behaviors and physical environment and to adapt to these dynamic circumstances becomes important.This thesis focuses on the quality of service and energy efficiency of mobile robotic systems and proposes a hierarchical run-time management in order to guarantee these non-functional objectives of each robotic mission. At the local management level of each robotic mission, a Mission Manager employs a reinforcement learning-based decision-making mechanism to automatically reconfigure certain key mission-specific parameters to minimize the level of violation of required performance and energy objectives. At the global management level of the whole system, a Multi-Mission Manager leveraged rule-based decision-making and case-based reasoning techniques monitors the system's resources and the responses of Mission Managers in order to decide to reallocate the energy budget, regulate the quality of service and trigger the online learning for each robotic mission.The proposed methodology has been successfully prototyped and validated in a simulation environment and the run-time management framework is also integrated into our real mobile robotic system based on a Pioneer-3DX mobile base equipped with an embedded NVIDIA Jetson Xavier platform

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Babet, Fabrice. "Modélisation par équations aux dérivées partielles des retards pour la commande des systèmes robotiques télé-opérés." Orléans, 2008. http://www.theses.fr/2008ORLE2043.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la télé-opération robotisée avec retards, et traite le problème de la viabilité d'une modélisation des retards de communication par Équations aux Dérivées Partielles (EDP) en vue de réaliser la commande du système télé-opéré global. La réponse comporte un volet théorique, par l'utilisation de la théorie de la perturbation des opérateurs et des semigroupes, et un volet décrivant la mise en œuvre, sur notre système ramené en dimension finie, d'une commande optimale classique dont l'objectif est de suivre une trajectoire de référence, avec utilisation d'une structure de commande par modèle interne. Les besoins expérimentaux nous ont conduit à la réalisation de notre propre plate-forme modulaire de tests, qui a bien sûr permis de valider l'approche présentée au long du mémoire, mais dont l'aspect ouvert et facilement modifiable permettra aussi d'expérimenter différentes commandes télé-opérées dans diverses conditions.

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Coste-Manière, Ève. "Synchronisme et asynchronisme dans la programmation des systèmes robotiques : apport du langage Esterel et de concepts objets." Paris, ENMP, 1991. http://www.theses.fr/1991ENMP0273.

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Abstract:

Les applications robotiques rencontrées dans le domaine manufacturier, en robotique d'intervention ou encore en Téléopération Assistée par Ordinateur, mettent en œuvre des systèmes complexes composés de dispositifs physiques connectés (capteurs, manipulateurs,. . . ). Pour permettre la réalisation d'applications variées, le système robotique doit exécuter un ensemble d'actions dont l'évolution est guidée par des stimuli. La programmation de ces systèmes implique la mise en œuvre de commandes performantes au sein du contrôleur et nécessite également l'intégration correcte et faible d'informations liées à l'évolution de l'environnement et du système lui-même. Nous proposons dans ce mémoire une méthode de programmation de haut niveau des systèmes robotiques dans le cadre du développement d'un contrôleur ouvert pour la robotique. Cette approche est fondée sur deux concepts essentiels: la notion de fonction de tâche dont le rôle est d'exprimer les objectifs de commande et la programmation synchrone des systèmes réactifs (utilisation du langage ESTEREL) pour modéliser les aspects comportementaux de l'application et de ses actions élémentaires. Les différents composants algorithmiques utilisés dans la synthèse des lois de commande sont structurés sous forme de modèles objets. L'un d'entre eux, la tâche robot, définit par un objectif de commande, est un système réactif particulier. L'utilisation du langage synchrone ESTEREL permet de spécifier son comportement. La tâche robot est l'objet clé de notre approche: il s'agit d'un objet doté d'un comportement. L'enchaînement logique et temporel des tâches robots conduisant à l'élaboration d'une application robotique est décrit à l'aide d'un langage de programmation d'application dont les primitives sont traduites en ESTEREL. Les comportements locaux et globaux sont alors fusionnés, de façon cohérente, en un automate global. L'utilisateur bénéficie ainsi de tous les avantages de l'approche synchrone (environnement et validation) sans avoir à écrire le code ESTEREL correspondant. Il est nécessaire d'assurer une interface correcte entre l'automate synchrone de contrôle de l'application et l'environnement d'exécution des tâches asynchrones: pour cela, une «machine d'exécution» d'ESTEREL particulière a été réalisée à l'aide du logiciel de CAO-3D RHOMEO. Plusieurs exemples d'application empruntés au domaine manufacturier sont traités.

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Jacquet, William. "Paradigme connexionniste pour l'apprentissage de fonctions robotiques : applications aux problèmes d'asservissement visuel de bras manipulateurs." Mulhouse, 2001. http://www.theses.fr/2001MULH0650.

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Abstract:

Les réseaux connexionnistes que nous présentons dans ce mémoire sont plus particulièrement destinés à l'approximation de fonctions robotiques, et s'inscrivent dans un contexte plus large d'asservissement stéréo-visuel. Ils ne requièrent ni étalonnage du système de vision, ni apport de connaissances a priori sur la géométrie du système, ni la modélisation mathématique des éléments de la boucle de commande, contrairement aux approches classiques. Nous proposons deux types d'approches : la première est basée sur le réseau GTM (Generative Topographie Mapping), hors ligne à variables latentes que nous étendons en lui adjoignant une couche de sortie, ainsi qu'un mécanisme de recrutement, la deuxième sous la forme de plusieurs réseaux de quantification vectorielle. Les réseaux HYPSOM, dans leur forme évolutive, adaptent automatiquement leur structure à la fonction estimée en respectant un critère d'erreur. Une version parallèle fonctionnant sur un système informatique distribué en utilisant le protocole de communication SCI (Scalable Coherent Interface) permet de réduire le temps d'exécution de l'algorithme, tant dans sa phase d'apprentissage, que dans son utilisation. Les réseaux que nous avons développés trouvent leur application dans des tâches d'asservissements visuels robotiques. Ils sont employés pour modéliser la transformation géométrique directe d'un bras manipulateur, en cascade avec un module de reconstruction tridimensionnelle dans le cadre d'un asservissement visuel en position. Le module de reconstruction tridimensionnel permet de reconstruire l'espace cartésien de travail du robot à partir des primitives points extraites des images du système de vision binoculaire. Cet espace est alors utilisé comme espace de commande dans le cadre de la réalisation d'une tâche de coordination sensori-motrice.

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Mendoume, Minko Ignace Davy. "Identification des systèmes dynamiques stochastiques." Phd thesis, Clermont-Ferrand 2, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00676619/document.

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Abstract:

L'évaluation dynamique des ouvrages sous sollicitations ambiantes est un champ applicatif important de la mécanique des structures et de la théorie des systèmes dynamiques, qui fait l'objet de nombreuses recherches depuis une quinzaine d'années. Inscrit dans le cadre du projet national Evaluation Dynamique des Ponts piloté par le LCPC, le travail presenté dans cette thèse est une contribution à ces recherches. Il concerne l'étude de deux outils réputés pour leur pertinence dans le domaine de l'identification modale des structures sous excitations dynamiques ambiantes aléatoires les méthodes de sous-espaces et la méthode du décrément aléatoire. Une large place est consacrée aux méthodes de sous-espaces qui font l'objet d'une analyse théorique et algorithmique détaillée destinée à bien cerner leurspossibilités et à lever certaines ambiguïtés. 'étude de la méthode du décrément aléatoire constitue le coeur du travail. Nous en donnons d'abord une présentation originale adaptée au cadre discret. Puis, nous basant sur des résultats mathématiques récents, nous justifions rigoureusement des résultats asymptotiques d'intérêt pratique, notamment statistique. Nous montrons ensuite pourquoi cette méthode, dont la justification théorique habituelle repose sur une hypothèse de stationnarité de l'excitation, fonctionne encore lorsque cette dernière est une impulsion ou un train d'impulsions. L'intérêt pratique de ces méthodes dans le domaine de l'identification modale est jugé à travers deux applications : l'une sur une poutre grandeur réelle testée en laboratoire, l'autre sur un pont-rail SNCF expérimenté in situ

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Scesa, Vincent. "Contrôleurs neuronaux dynamiques et apprentissage : du perfectionnement des algorithmes à leur application temps réel sur des systèmes robotiques." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2006. http://www.theses.fr/2006VERS0009.

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Abstract:

Comment contrôler un système dont la connaissance est incomplète ou délicate à synthétiser ?Lorsque la modélisation théorique atteint ses limites, l'alliance de l'observation, de l'apprentissage et de l'expérience peut répondre à cette question et combler ainsi les lacunes des techniques conventionnelles. Cette thèse donne un aperçu complet de la réalisation de ce type de contrôle pour des systèmes dynamiques complexes. A travers la proposition d'une classification des techniques existantes, le choix des algorithmes du contrôleur est tout d'abord exposé (réseaux CTRNN - Continuous Time Recurrent Neural Networks - et apprentissage BPTT - BackPropagation Through Time). Pour permettre de stabiliser et d'améliorer leurs comportements, des adaptations et des perfectionnements du modèle de neurones et de l'algorithme d'apprentissage sont ensuite proposés et validés expérimentalement. Puis les différents principes algorithmiques mis en œuvre pour respecter les contraintes temps réel de nos applications exposent une façon d'implémenter ce contrôleur neuronal dans des cartes de contrôle industrielle. Enfin, les expérimentations menées sur deux systèmes dynamiques polyarticulés : le simulateur de route de l'entreprise BIA et le robot bipède ROBIAN du laboratoire LISV, confrontent la méthodologie développée à des applications réelles et leurs contraintes. Une discussion sur l'emploi possible du contrôleur proposé pour la commande de ce type de système est finalement donnée
How can we control a system that is difficult to model or with an incomplete knowledge?When theorical modeling reaches its limits, the cooperation between observation, learning and experience could answer this question and fill the lack of conventional techniques. This thesis gives a complete view of how to carry out this kind of control methodology for complex dynamical systems. Through a proposed classification of the current control techniques, the algorithm choices are first exposed (CTRNN networks - Continuous Time Recurrent Neural Networks - and BPTT learning -BackPropagation Through Time). To enable the stabilization and the amelioration of their behaviour, adaptations and improvements are then proposed and experimentally validated. Next, the algorithmic principles carried out to follow the real time constraints of our applications shows a way to implement this controller in industrial electronic units. At last, the experiments carried out on two polyarticulated dynamical systems: the road simulator of the BIA company and the biped robot of the LISV laboratory, confronts the developed methodology with real applications and associated constraints. A discussion on the use of our controller for the command of this kind of system is finally given

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Kazan, AbdulKarim. "Intégration des aspects robotiques, tolérancement et comportement mécanique pour la conception assistée par ordinateur de systèmes poly-articulés." Grenoble INPG, 2003. http://www.theses.fr/2003INPG0072.

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Abstract:

Le travail de thèse concerne la synthèse de robots, en prenant en compte les aspects tolérancement des pièces formant les articulations et déformations des bras du robot. Une description physique du système poly-articulé est définie dans le modeleur de conception intégrée CoDeMo. Ce modeleur se caractérise par son aspect multi-acteurs, multi-métiers, est réalisé à partir d'une technologie Client-Serveur, et met en jeu un système de capitalisation de compétence sous forme d'entités. La connaissance sur le produit en cours de conception forme un Modèle produit, ensemble des informations actées par métiers et des relations contraignant ces informations. Le concept de SATT est utilisé afin de construire la géométrie du robot dans le Modèle Produit. Les composantes surfaciques ainsi que des contraintes géométriques peuvent, d'une part, aider à identifier les contraintes nécessaires et suffisantes à la réalisation d'un robot et, d'autre part, identifier un système de référence pièce. Des connaissances spécifiques sous forme de règles de cohérence ont été introduites pour cela. L'originalité du travail de cette thèse a été de définir un système de conception de robot en créant les vues multi-physiques nécessaires à l'analyse de son comportement. Ont été particulièrement intégrées les différentes procédures permettant de calculer, en temps quasi réel, le modèle géométrique direct du robot et son domaine atteignable. Cette modélisation tient compte des jeux aux articulations et des flexibilités des segments constituant le robot. Une deuxième originalité de la thèse est d'avoir intégré le système de calcul numérique Matlab dans l'environnement de CoDeMo, permettant la transparence des procédures mises en jeu pour l'utilisateur, et de donner un véritable apport pour la prise de décision en conception par une validation des objectifs pour un jeu des paramètres de conception. Un des résultats est l'évaluation du décalage entre le mouvement nominal et le mouvement réel du robot.

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Dissertations / Theses on the topic 'Identification de systèmes robotiques'

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