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Modélisation et commande de voiliers autonomes / Modeling and control of autonomous sailboats

Saoud, Hadi 12 September 2016 (has links)
Les voiliers autonomes sont des plate-formes de mesure océanographique à fort potentiel, notamment du fait de leur maniabilité, de leurs faibles signatures thermique et acoustique et de leur grande autonomie énergétique. Leur principal handicap est que leur force motrice dépend du vent et de sa nature incontrôlable et partiellement non prévisible. Un voilier est donc un système sous-actionné. Sa capacité à suivre une orientation dépend de sa vitesse d'avancement, elle même résultant de l'action du vent sur ses voiles. Un réglage inadéquat de celles-ci entravera son bon fonctionnement et risquerait de le faire gîter dangereusement. Pour atteindre des coordonnées cibles, la majorité des voiliers assure une vitesse d'avancement non nulle via le réglage de voile et effectue un asservissent de cap en modifiant l'angle du safran. Ce type d'asservissement néglige les effets de dérive dûs aux efforts latéraux sur les voiles. La direction de la route diffère donc de celle du cap, ce qui doit être pris en compte lors de la planification locale du voilier.Enfin, la plupart des voiliers autonomes utilisent des correcteurs distincts pour régler les voiles et le safran. Or, selon les conditions de navigation, de telles commandes découplées peuvent nuire au bon fonctionnement du voilier. Ce travail adresse ces différents problèmes et propose des solutions pour trouver un réglage de voile maximisant la vitesse du voilier tout en assurant son intégrité, asservir la route du voilier et donc simplifier sa planification locale et enfin coordonner les actions des voiles et du safran pour augmenter la maniabilité du voilier quand les conditions de navigation sont défavorables. / Autonomous sailboats constitute promising plateforms for oceanic measurments. This is mainly due to their manoeuvrability, their low thermal and acoustic signatures and their high energetic autonomy. Their main drawback is that the propulsion force of a sailboat depends on the wind that is not controllable and partially unpredictible. Thus, a sailboat is an under-actuated system. Its ability to follow a direction relies on its longitudinal velocity and results from the action of the wind on its sails. An un-appropriated sail trimming may slow down the sailboat and increase its heeling dangerously. On the other side and To reach a waypoint, most autonomous sailboats will trim their sails to ensure a non-null velocity while achieving a heading controller that act on the rudder to change the orientation of the sailboat. Such heading controller neglect the leeway that results from the lateral forces on the sails. Thus, the route of a sailboat is different from its heading and this should be taked into account while doing local planning. Finally, autonomous sailboats mainly use different controllers for trimming the sails and the rudder. But, depending on sailing conditions, such uncoupled controllers may have negative impact on the maneuvrability of the sailboat. This work focuses on these problems and give solutions to find a sail trimming that maximize the velocity of the sailboat while ensuring a safe cruising, to control the route of the sailboat and simplify the local path planning process and to coordinate the actions on the sails and rudder to increase the maneauvrability while cruising conditions are not adequate.
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Perception, recording and reproduction of physical invariants during bare fingertip exploration of tactile textures / Perception, enregistrement et reproduction d’invariants physiques lors de l’exploration de textures tactiles par un doigt humain.

Bochereau, Séréna 23 January 2017 (has links)
Un nouveau dispositif tactile capable d'enregistrer et de reproduire des scènes tactiles à l'aide de forces tangentielles a été conçu et réalisé sur la base des limites et des exigences du système somatosensoriel humain. Les micro-déformations tangentielles du doigt coulissant sur la texture sont mesurées par le transducteur dans une bande passante de 500Hz et sont reproduites par le déplacement d'une plaque de verre sous l'action contrôlée d'un moteur électrodynamique critiquement amorti. Dans le but d'évaluer la pertinence des signaux sensoriels pour la reproduction d'une scène tactile, les grandeurs physiques qui influent sur la perception tactile humaine ont été étudiées. En utilisant une méthode d'escalier, il a été démontré que des ondelettes avec différentes combinaisons d'amplitude et de durée sont ressenties égales en intensité. Ces résultats suggèrent qu'il existe des quantités physiques communes - des invariants - pour ces signaux auques le cerveau est sensible, ce qui pourrait se rapporter à une constance perceptuelle dans l'exploration d'aspérités. En analysant les forces de frottement créées par un doigt glissant sur une surface dotées de points braille à des vitesses différents, il a été constaté que, bien que la réponse mécanique instantanée varie dans son ensemble, l'intégrale des forces tangentielles locales au cours d'une période de déformation courte reste constante. Ces enregistrements ont ensuite été classés selon leur vitesse et utilisés comme stimuli dans une tâche de comparaison. Les participants devaient glisser leur index sur une plateforme de verre qui vibrait afin de reproduire les points brailles de hauteurs différentes enregistrés à la même. / A new tactile device able to record and reproduce tactile scenes using tangential forces was designed and realized based on the limits and requirements of our somatosensory system. The tangential micro-deformations of the finger sliding on a textured surface can be measured with 500 Hz-bandwidth and reproduced by vibrating a glass plate under the controlled action of a critically damped electrodynamic actuator. In an effort to identify what sensory cues are relevant to tactile sensations for the reproduction of a scene, the physical quantities that influence tactile perception were studied. Using a staircase method, it was demonstrated that tactile wavelets with different combinations of amplitude and duration could be felt perceptually equal in intensity. These results suggested that there are common physical quantities – invariants – for these signals that the brain is sensitive to, which could relate to a perceptual constancy in asperity exploration. By analyzing the friction forces of a finger exploring braille dots with different pressures and velocities profiles, we found that although the mechanical response at a highly localized stimulus varies as a whole, the integral of the local tangential forces during a short deformation period remained constant. These recordings were then categorized by velocity and used as stimuli in a comparison task in which participants explored virtual dots of different heights at different speeds. While sliding on a glass platform which vibrated tangentially to reproduce a braille dot recorded at the same exploration speed, they were asked to report which of the two stimuli was stronger (or ‘higher’), a task that they could successfull.
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Propulsion characteristics and Visual Servo Control of Scaled-up Helical Microswimmers / Caractéristiques de propulsion et commande boucle fermée par retour visuel de l'orientation de micronageurs hélicoïdaux

Xu, Tiantian 13 March 2014 (has links)
L'utilisation de micronageurs hélicoidaux capables de se mouvoir dans des liquides à faible nombre de Reynolds trouve son intérêt dans beaucoup d'applications: de tâches in-vitro dans des laboratoires sur puce (transport et tri de micro-objets; assemblage de micro-composants...), à des applications in-vivo en médecine mini-invasive (livraison interne et ciblée de médicaments, curiethérapie, thermothérapie...); grâce à leur dimensions microscopiques et agilité permettant l'accès à des endroits normalement très restreints. Plusieurs types de nageurs hélicoïdaux actionnés magnétiquement possédant divers paramètres géométriques, formes de tête et positions de la partie magnétique ont été proposés dans de précédents travaux. Cependant, l'influence de tous ces paramètres n'a pas clairement été étudiée. À notre connaissance, les micronageurs hélicoïdaux dans l'état de l'art sont principalement contrôlés en boucle ouverte, en raison de la complexité de la commande du champ magnétique actionnant la propulsion, et du nombre limité de retours ayant des critères satisfaisants. Cette thèse vise à comparer les performances de déplacement de nageurs hélicoïdaux avec des conceptions différentes a n d'améliorer leur design et de les caractériser et réaliser un asservissement visuel de nageur hélicoïdal. Pour se faire, des nageurs hélicoïdaux de tailles millimétriques ont été conçus et sont mis en conditions à faible nombre de Reynolds. La conception de ces "millinageurs" servira de base à la conception de micronageurs. Une commande boucle fermée par retour visuel de l'orientation d'un micronageur hélicoïdal dans un espace 3D, et un suivi de trajectoires sur plan horizontal ont été effectués. Cette méthode de commande sera par la suite appliquée à des micronageurs hélicoïdaux. / Helical microswimmers capable of propulsion at low Reynolds numbers have been proposed for numerous applications, ranging from in vitro tasks on lab-on-a-chip (e.g. transporting and sorting micro objects; mechanical components micro assembly...) to in vivo applications for minimally invasive medicine (e.g. targeted drug delivery; brachytherapy; hyperthermia...), due to their micro sizes and accessibility to tiny and clustered environments. Several kinds of magnetically actuated helical swimmers with di erent geometry parameters, head shapes, and magnetic positioning have been proposed in prior works. However, the in uence of the geometry parameters, the head shape and the magnetic positioning (head, coated tail...) has not been clearly studied. As far as we know, the existing helical microswimmers are primarily open-loop controlled, due to the complexity of the control of the magnetic eld actuating the helical propulsion, and the limited number of feedback options processing the required precision. This thesis aims to compare the swimming performances of helical swimmers with di erent designs to further improve their design and to characterize their swimming properties and realize a visual servo control of helical swimmers. Scaled-up helical microswimmers at the millimeter scale are designed and swim at low Reynolds numbers. The design of these scaled-up helical microswimmers can be a guideline for the micro-fabrication of helical microswimmers. A visual servo control of the scaled-up helical microswimmer orientation in the 3D space, and a path following on the horizontal plane have been realized. The control method will be applied on helical microswimmers in future works.
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Conception et commande d'un robot de comanipulation pour l'assistance à la biopsie de prostate. / Design and control of a comanipulation robot for assistance to prostate biopsy

Poquet, Cecile 11 September 2014 (has links)
Le cancer de la prostate, fréquent et peu morbide, se diagnostique par des biopsies de prostate. Or ce geste, effectué sous échographie endorectale sur un patient anesthésié localement, est complexe et fournit peu d’informations quantitatives sur les prélèvements. La robotisation des biopsies est vue comme un medium intéressant pour améliorer la qualité du diagnostic du cancer de la prostate. Le geste chirurgical et son impact sur le diagnostic sont d’abord étudiés, ainsi que les dispositifs robotiques existants. Sur cette base est conçu Apollo, un cobot à actionnement hybride pouvant réaliser plusieurs fonctions d’assistance. Un mode libre permettant à l’urologue de manipuler la sonde échographique sans influence aucune du robot est d’abord présenté. Un mode verrouillé assurant un maintien en position de la sonde à la fois souple et précis est évalué in vitro et in cadavero. Des essais cliniques portant sur ces deux modes ont été autorisés. Lors de biopsies prostatiques la sonde passe par l'anus du patient, sur lequel il faut exercer le moins d'effort possible. Nous montrons qu'Apollo permet, en utilisant une commande "bras de levier", d'assister le geste via un retour d'effort tout en respectant cette contrainte anatomique. Une telle fonction d'assistance, l'augmentation de raideur apparente de la prostate basée image, est développée sur un prototype à un degré de liberté. Enfin, une assistance automatique à l'ajustement fin de la ligne de visée de l'aiguille par bouclage sur l’image échographique 3D est implémentée et testée. Plusieurs perspectives de recherche sont présentées en conclusion. / Prostate cancer, which is frequent but not much morbid, is diagnosed thanks to prostate biopsies. This gesture, which is performed under 2D ultrasound endorectal imaging, is complex and gives little quantitative information about the samples. That's why robotizing biopsies is seen as an interesting way to improve the quality of the prostate cancer diagnosis. The medical gesture and its impact on the diagnosis are first studied, as well as the existing robotic devices. From this Apollo is designed, a cobot exhibiting an hybrid actuation. Many assistance functions can be realized with this device. A free mode allowing the urologist to manipulate the ultrasonic probe without any influence from the robot is first presented. A locked mode, able to maintain the probe at a given position precisely yet with flexibility is evaluated in vitro and in cadavero. Clinical trials concerning these two modes have been authorized. During prostate biopsies the probe passes through the patient anus, on which as little efforts as possible must be exerted. We show that Apollo, with a "lever" command, can assist the gesture with a force feedback while respecting this anatomical constraint. Such an assistance function, the image based increase in the prostate apparent stiffness, is developed on a one degree of freedom prototype. Finally, an automatic assistance to the precise positionning of the biopy needle target line based on 3D image looping is implemented and tested. Some future research interests are presented as a conclusion.
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Event-Based Feature Detection, Recognition and Classification / Techniques de Détection, de Reconnaissance et de Classification de primitives "Event-Based"

Cohen, Gregory Kevin 05 September 2016 (has links)
La detection, le suivi de cible et la reconnaissance de primitives visuelles constituent des problèmes fondamentaux de la vision robotique. Ces problématiques sont réputés difficiles et sources de défis. Malgré les progrès en puissance de calcul des machines, le gain en résolution et en fréquence des capteurs, l’état-de-l’art de la vision robotique peine à atteindre des performances en coût d’énergie et en robustesse qu’offre la vision biologique. L’apparition des nouveaux capteurs, appelés "rétines de silicium” tel que le DVS (Dynamic Vision Sensor) et l’ATIS (Asynchronous Time-based Imaging Sensor) reproduisant certaines fonctionnalités des rétines biologiques, ouvre la voie à de nouveaux paradigmes pour décrire et modéliser la perception visuelle, ainsi que pour traiter l’information visuelle qui en résulte. Les tâches de suivi et de reconnaissance de formes requièrent toujours la caractérisation et la mise en correspondance de primitives visuelles. La détection de ces dernières et leur description nécessitent des approches fondamentalement différentes de celles employées en vision robotique traditionnelle. Cette thèse développe et formalise de nouvelles méthodes de détection et de caractérisation de primitives spatio-temporel des signaux acquis par les rétines de silicium (plus communément appelés capteurs “event-based”). Une structure théorique pour les tâches de détection, de suivi, de reconnaissance et de classification de primitives est proposée. Elle est ensuite validée par des données issues de ces capteurs “event-based”,ainsi que par des bases données standard du domaine de la reconnaissance de formes, convertit au préalable à un format compatible avec la representation “événement”. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent les potentiels et l’efficacité des systèmes "event-based”. Ce travail fournit une analyse approfondie de différentes méthodes de reconnaissance de forme et de classification “event-based". Cette thèse propose ensuite deux solutions basées sur les primitives. Deux mécanismes d’apprentissage, un purement événementiel et un autre, itératif, sont développés puis évalués pour leur capacité de classification et de robustesse. Les résultats démontrent la validité de la classification “event-based” et souligne l’importance de la dynamique de la scène dans les tâches primordiales de définitions des primitives et de leur détection et caractétisation. / One of the fundamental tasks underlying much of computer vision is the detection, tracking and recognition of visual features. It is an inherently difficult and challenging problem, and despite the advances in computational power, pixel resolution, and frame rates, even the state-of-the-art methods fall far short of the robustness, reliability and energy consumption of biological vision systems. Silicon retinas, such as the Dynamic Vision Sensor (DVS) and Asynchronous Time-based Imaging Sensor (ATIS), attempt to replicate some of the benefits of biological retinas and provide a vastly different paradigm in which to sense and process the visual world. Tasks such as tracking and object recognition still require the identification and matching of local visual features, but the detection, extraction and recognition of features requires a fundamentally different approach, and the methods that are commonly applied to conventional imaging are not directly applicable. This thesis explores methods to detect features in the spatio-temporal information from event-based vision sensors. The nature of features in such data is explored, and methods to determine and detect features are demonstrated. A framework for detecting, tracking, recognising and classifying features is developed and validated using real-world data and event-based variations of existing computer vision datasets and benchmarks. The results presented in this thesis demonstrate the potential and efficacy of event-based systems. This work provides an in-depth analysis of different event-based methods for object recognition and classification and introduces two feature-based methods. Two learning systems, one event-based and the other iterative, were used to explore the nature and classification ability of these methods. The results demonstrate the viability of event-based classification and the importance and role of motion in event-based feature detection.
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Conception et commande de systèmes microrobotiques magnétiques en milieu ambiant / Conception and control of magnetic microrobotic systems in a dry environment

Bouchebout, Soukeyna 03 July 2015 (has links)
Ces dernières années une attention particulière a été portée sur les systèmes autonomes de taille micrométrique. La taille de ces robots, ou particules, rend impossible l’embarquement d’énergie. Des systèmes d’actionnement et de contrôle à distance, notamment par effets magnétiques, ont été proposés. Ils évoluent généralement dans le milieu liquide. Ce milieu est privilégié en raison de la force de trainée qui stabilise les systèmes et simplifie donc leur contrôle. En revanche, ce milieu induit une limitation majeure sur la vitesse de déplacement de ces particules. Pour exploiter pleinement le potentiel d’actionnement rapide lié à la faible inertie de ces particules de petite taille, cette thèse propose la conception et la commande d’un système microrobotique dédié à l’actionnement haute vitesse. Les choix de conception, notamment l’augmentation de la force magnétique, l’utilisation de particules ferromagnétiques et le choix d’un environnement de travail en milieu ambiant permettent d’atteindre de grandes vitesses de déplacements. Cependant, le milieu ambiant pose des problématiques d’adhésion entre la particule et le substrat de travail et d’absence de modèle de connaissance. Des solutions sont proposées pour vaincre ou réduire les forces d’adhésion dans ce milieu, allant de l’actionnement en couple de la particule magnétique à la structuration mécanique du substrat. Une est également implémentée pour augmenter la précision du positionnement et de l’orientation des particules. Une approche permettant de synthétiser et d’implémenter une loi de régulation proportionnelle des deux paramètres de contrôle est proposée. L’approche expérimentale adoptée permet de quantifier les problématiques rencontrées dans le milieu ambiant et de proposer des solutions systématiques. Ce travail n’est qu’un premier pas dans l’intégration des systèmes microrobotiques en milieu ambiant, mais il fournit des méthodologies de contrôle adaptées à ses spécificités. / In the past few years, much attention has been given to autonomous systems of micrometric size. The small size of these robots, or particles, makes it impossible to embed their energy sources. Wireless systems for actuating and control, in particular through magnetic effects, have been proposed. They usually operate in a liquid environment. This environment is favored due to the drag force which stabilizes a system and therefore makes it easier to control. However, this medium comes with a major limitation to the moving speed of these particles. In order to fully exploit the potential for high speed actuation inherent to the low inertia of these small-sized particles, this thesis proposes the design and control of a microrobotic system dedicated to high speed actuation.The design choices, such increasing the magnetic force, using ferromagnetic particles and choosing to work in an ambient environment increases the displacement speed. However, the dry environment leads to adhesion issues between the particle and the surface of the working substrate, and lack of knowledge-based model. Various solutions are proposed in this thesis to overcome or reduce adhesion forces in this environment, from the coupled actuation of the magnetic, to the mechanical structuring of the surface of the substrate. A closed-loop control has also been integrated to increase the accuracy of the positioning and orientation of the particles. An approach to the synthesis and implementation of a proportional regulation is proposed for the two control parameters. The chosen experimental approach makes it possible to quantify the issues related to the ambient environment and bring systematic solutions to them.This work is but a first step in the integration of microrobotic systems in ambient environments, but it offers a control methodology, which is adapted to its specificities.
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Déploiement d'applications d'assistance dans un environnement d'aide au handicap / Deployment of support services in disability support environment

Seguin, Cédric 30 April 2015 (has links)
À notre époque, la problématique de la prise en charge des personnes en situation de handicap est d'une importance majeure. Nombreuses sont les études qui prouvent qu'économiquement et socialement le handicap impacte fortement la société moderne. La dépendance, résultat des situations de handicap, est l'incapacité de réaliser seul les tâches de la vie courante. Une aide spécialisée, voire l'hospitalisation dans les cas les plus avancés, peut devenir nécessaire. Les politiques ne se sont pas trompés en faisant de cet enjeu une priorité, notamment en France où le gouvernement a débloqué d'importantes sommes d'argent. L'Organisation Mondiale de la Santé, dans sa dernière définition du handicap, explique que le handicap est situationnel et qu'un environnement adapté peut compenser l'incapacité et supprimer la dépendance. Nous pouvons nous demander dans quelle mesure la technologie peut apporter, dans la vie de tous les jours, un certain degré de confort et une autonomie aux personnes dépendantes. La technologie apporte, aujourd'hui par l'intermédiaire des habitats intelligents, des systèmes pervasifs et de la domotique, les moyens nécessaires aux personnes pour gagner en autonomie et vivre plus longtemps à domicile. Ces solutions s'appuient sur des services d'assistance spécialisés, adaptés à la singularité de la pathologie du patient. Ainsi, un patient en situation de handicap physique se verra proposer une solution de contrôle d’environnement tandis qu’un patient souffrant de trouble cognitif pourra compenser son handicap grâce aux solutions d’analyse du comportement. Nous proposons une solution d’assistance unifiant les deux champs d’action, pour compenser les situations de polyhandicaps. Pour assurer autonomie, confort de vie, sécurité, surveillance et assistance à domicile des personnes dépendantes, les algorithmes d’assistance requièrent beaucoup de ressources de traitement et le manque de ces dernières peut ralentir voire bloquer le déploiement des différentes tâches et remettre en question considérablement l'expérience utilisateur et par conséquent l'acceptation de la solution. Négliger l'impact des ressources sur le déploiement peut mener à des situations de fonctionnement gênantes, voire dangereuses, dans le cas d'une urgence vitale. Peut-on vraiment proposer le meilleur service d'assistance possible si notre infrastructure ne permet pas sa réalisation ? Pour répondre à cette problématique, les concepteurs surdimensionnent la solution. Autrement dit, des équipements supplémentaires, spécialisés et couteux, sont installés. Toutefois, cette attitude très répandue dans l'industrie ne respecte pas les recommandations de l'aide au handicap, qui cherchent à réduire les critères de couts et d'intrusivité, notamment. Les habitudes de vie moderne impliquent que la maison d'aujourd'hui, sans modifications particulières, regorge déjà d'équipements domotiques et électroniques aux capacités inexploitées. Nous proposons une approche de modélisation des ressources pour mettre en évidence leurs capacités. Cependant, avoir conscience de ces capacités ne suffit pas, il faut aussi les connaître et savoir les gérer pour faciliter le déploiement des services d’assistance. En effet, si l’exploitation des capacités au niveau d’une ressource est correctement maitrisée, l’optimisation conjointe des capacités de plusieurs ressources est quant à elle moins développée. Nous avons mis en place un flot de déploiement contextuel qui grâce à la connaissance de son environnement et des ressources qui le composent peut déployer un service sur n'importe quel équipement capable de le réaliser. Une répartition de la charge de traitement de manière uniforme permet de garantir une sureté de fonctionnement en évitant un engorgement des ressources et une surcharge globale du système. / Nowadays, the problem of care for people with disabilities is a major concern. Many studies prove that handicaps strongly impact modern society, economically and socially. Dependence, resulting in disability situations, is the inability to perform alone the tasks of daily living. A specialized assistance or even hospitalization, in the most advanced cases, may become necessary. Politicians were not deceived by making this issue a priority, particularly in France where the government has provided large sums of money. The World Health Organization, in its latest definition of disability says that disability is situational and that a suitable environment can compensate for the inability and correct the dependency. We can wonder, to what degree, can technology bring in the life of every day, a certain degree of comfort and independence for disabled people? Today, technology brings through intelligent houses, pervasive systems and home automation, the necessary resources for people to gain autonomy and stay longer at home. These solutions are based on specialized support services adapted to the uniqueness of the patient's pathology. Thus, a patient with physical disabilities could have an environment control solution while a patient with cognitive impairment may compensate for his disability through behavior analysis solutions. We offer a healthcare solution combining the two fields of action, to compensate for situations of multiple handicaps. To ensure independence, living comfort, security, health surveillance and home care for disabled people, algorithms require a lot of processing resources. The lack of processing devices can slow or even block the deployment of different assistive tasks and question considerably the user experience and therefore the acceptance of the solution. Neglecting the impact of resources for deploying can lead to inconvenient situations, even dangerous in the case of vital emergency. Can we really offer the best possible assistance service if our infrastructure does not allow its achievement? To address this problem, designers oversize the solution. In other words, extra dedicated and expensive equipments are installed in the person's environment. This attitude, although widely used in the industry, does not respect the recommendations of ambient assisted living, which aim to reduce the cost criteria and intrusiveness. Modern lifestyles imply that today's home, without any particular modifications, is already full of home-automation and electronic devices with unused capacities. We offer a resource modeling approach to highlight their abilities. However, be aware of these capabilities is not enough, the system also need to know how to manage them to facilitate the deployment of assistive services. Indeed, if the system can properly manage the utilization of the capabilities of one resource, the joint optimization of several resources, at the same, time is not enough controlled. We have set up a contextual deployment flow which, thanks to the knowledge of the environment and resources, can deploy a service on any devices capable of carrying out the operation. A distribution of the processing load, uniformly, helps to ensure dependability of our solution, by avoiding resource bottlenecks and overall system overload.
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Etude théorique et expérimentale d'une interface à retour d'effort augmenté / Theorical and experimental study of an augmented force feedback interface

Chabrier, Anthony 07 November 2017 (has links)
Les interactions physiques comportent divers gestes dextres et sont sources d’échanges d’informations très variées. Différentes interfaces haptiques ont été développées pour reproduire ces mouvements dextres et ces interactions. Cependant il est impossible actuellement de concevoir une interface simulant tous les types d’interactions avec un retour haptique réaliste. Je propose d’identifier les interactions les plus importantes et les zones de la main les plus intéressantes à stimuler, et ensuite d’étudier comment associer certains dispositifs pour améliorer le ressenti de l’utilisateur. Il semble intéressant de développer une interface se concentrant sur : la transition entre les mouvements de l’utilisateur en espace libre et au contact d’un objet, le retour d’effort, et enfin la déformation locale et globale de la pulpe, et ce sur 4 zones : les phalanges distales du pouce, de l’index et de l’annulaire, et le côté extérieur de l’index. Afin de rendre cela réalisable dans le cadre d’une thèse, j’ai entrepris de développer une interface à retour d’effort à contacts intermittents sur le pouce et l’index, tout en prenant en compte l’ajout futur d’un retour plus complet. Pour cela, j’ai tout d’abord élaboré un effecteur instrumenté permettant d’acquérir, sans contact, la position de la dernière phalange d’un doigt en 6D. Puis j’ai dimensionné une interface de type gant à deux doigts, capable de déplacer, en 6D, ces effecteurs dans l’ensemble de l’espace de travail des doigts et de générer un retour d’effort quand cela est nécessaire. Enfin j’ai étudié la commande de ce système lors de ses différentes phases de fonctionnement et ses performances ont été évaluées. / Physical interactions involve highly dexterous movements and exchanges of diverse information. Numerous haptic interfaces were developed with the aim to reproduce these dexterous gestures and each of these interactions. However, it is technically impossible to date to design an interface simulating all of them with a realistic haptic feedback.I propose to identify the most important interactions and the hand areas the most interesting to stimulate, and then to study how associate different devices to improve the feeling of an operator. I decided to focus on: the transition between user’s movements in free space and in contact with an object, force feedback, and finally local and global deformation of the fingers’ pulp, with an emphasis on the four following areas: distal phalanges of the thumb, index and middle finger, plus the external side of the index finger. To make this possible during a PhD, I finally decided to focus on an intermittent contact force feedback interface for the thumb and index fingers, by taking into account the future integration of more complete feedback. Therefore, I first developed instrumented end-effectors able to remotely measure the 6D configuration of the distal phalanx of the fingers without any contact with them. Then I dimensioned and designed a glove-type haptic interface with two fingers. This device allows controlling the position and orientation of the intermittent contact end-effectors in 6D throughout the whole fingers workspace. It is also able to generated force feedback when necessary. Finally, I studied the control laws of this interface in all its operating phases and its performances were evaluated.
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Injection de signal et contrôle "sans capteurs" des moteurs électriques / Signal injection and sensorless control of electrical motors

Combes, Pascal 03 December 2015 (has links)
Cette thèse propose une étude approfondie de certains aspects des algorithmes de contrôle "sans capteur". Grâce aux progrès faits en électronique, ces algorithmes sont devenus ces dernières années un standard que les clients attendent de tous les variateurs de vitesse pour tous les moteurs électriques. Cependant, le contrôle "sans capteur" des moteurs électriques à basse vitesse est particulièrement difficile à cause d'une limitation théorique expliquée ici par une étude d'observabilité. L'injection de signal est une technique prometteuse pour contourner ce problème, mais ses effets demeurent mal compris. En particulier le traditionnel modèle linéaire sinusoïdal ne permet pas d'expliquer les résultats expérimentaux. Par conséquent, on propose ici une nouvelle méthode pour modéliser les moteurs électriques. Elle est nettement plus simple que les approches traditionnelles et permet de justifier rigoureusement la modélisation de la saturation dans le repère dq fictif. Les effets de l'injection de signal sont ensuite expliqués grâce à une séparation des échelles de temps. Replacée dans le contexte plus général des systèmes non-linéaires, elle s'avère être une technique permettant d'obtenir des informations supplémentaires sans ajouter de capteur. Les informations ainsi obtenues permettent théoriquement le contrôle des moteurs électriques "sans capteur" à basse vitesse, mais la mise en œuvre de cette solution pour certains types de moteurs peut demeurer compliquée à cause de contraintes industrielles. On montre aussi comment les modèles proposés peuvent être calibrés expérimentalement pour le cas du Moteur Synchrone à Reluctance et du Moteur à Induction sans charge. À cause du manque de mesures et d'effets liés à l'hystéresis dans les matériaux ferromagnétiques, on n'a malheureusement pas réussi à obtenir un modèle expliquant le comportement du Moteur à Induction en charge. Par ailleurs, grâce à la similarité entre les moteurs électriques mise en évidence par l'approche de modélisation proposée ici, on a pu concevoir une loi permettant de contrôler aussi bien un Moteur Synchrone à Reluctance que n'importe quel Moteur Synchrone à Aimants Permanents. / This thesis proposes an in-depth study of some aspects of "sensorless" control algorithms for electrical machines. Over the past few years, thanks to the progress made in electronics, "sensorless" control laws became a standard expected from any variable speed drive for any electrical motor. However low-speed "sensorless" operation of electrical motors is inherently difficult, due to a theoretical limitation explained here by an observability study. Signal injection is a promising solution to circumvent this limitation, but its effects are not yet fully understood. In particular, experimental results are not explained by traditional linear sinusoidal models for electrical motors.Hence a new modeling approach for electrical motors is proposed here. It is much simpler than the usual ones and explains thoroughly why saturation can be modeled in the nonphysical dq frame. Signal injection effects are then explained using a multiple time-scale approach and, when put into the general context of nonlinear systems, it turns out to be a technique which allows to obtain more information without adding sensors. Thanks to this additional information, sensorless control of electrical motor becomes theoretically possible, even though the implementation remains challenging due to industrial constraints. Models for the Synchronous Reluctance Motor and the Induction Motor at no load are designed using the proposed approach and calibrated on experimental data but the procedure failed for the Induction Motor under load due to a lack of measurements combined to hysteresis effects. Besides, thanks to the similarities between electrical motors, underlined by the proposed modeling approach, we are able to generalize the proof of a "sensorless" control law designed for Synchronous Reluctance Motors to any kind of Permanent Magnet Synchronous Motor.
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Microsystème de positionnement dédié à l'instrumentation d'aiguilles pour intervention chirurgicale sous scanner IRM / Positioning microsystem dedicated to needle instrumentation for surgery under MRI scanner

Schell, Jean-Baptiste 25 June 2013 (has links)
Les interventions chirurgicales s'orientent de plus en plus vers des techniques dites mini-invasives. Dans ce mode d'intervention, le praticien perd la vision directe de l'extrémité de l'instrument médical qu'il manipule. Le contrôle visuel du déplacement de l'instrument à l'intérieur du corps humain s'effectue alors sur écran grâce aux techniques d'imagerie médicale, en particulier l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Afin d'assurer une grande précision du déplacement de l'instrument, sa position doit être connue pour permettre un recalage automatique du plan d'imagerie en temps réel. Ce document décrit la conception et la caractérisation d'un système de positionnement fonctionnant sous IRM et pouvant s'insérer dans un instrument médical de très petit diamètre. Afin d'aboutir à des dimensions millimétriques, le système est réalisé sur une puce en silicium utilisant les procédés standard de fabrication de la micro-électronique : la technologie CMOS 0,35 µm basse tension. Ce microsystème est basé sur l'utilisation d'un capteur magnétique 3D à effet Hall associé à l'électronique intégrée spécifique au traitement du signal, permettant d'extraire la mesure précise des gradients de champ magnétique inhérents au principe même de l'IRM. La relation unique entre les coordonnées spatiales du tunnel du scanner IRM et les gradients de champ magnétique, rend possible la détermination de la position et de l'orientation du microsystème. Les résultats expérimentaux montrent qu'une localisation est possible en 3 ms avec une résolution spatiale sub-millimétrique. / Surgeries are moving more and more towards so called minimally invasive techniques. With these techniques, the surgeon looses direct view of the medical tool that he manipulates. The visual control of the instrument movement inside the human body is monitored on a screen through medical imaging techniques, particularly magnetic resonance imaging (MRI). To ensure a high accuracy of the instrument movement, its position must be known to enable the automatic registration of the imaging plane in real time.This work describes the design and characterization of a positioning system operating in a MRI scanner which can be embedded in medical devices of very small diameters. To achieve millimeter dimensions, the system is realized on a silicon chip using standard manufacturing processes of microelectronics : low voltage 0.35 µm CMOS technology. This microsystem is based on the use of a 3D magnetic Hall effect sensor co-integrated with specific signal processing electronics to extract the accurately measured magnetic field gradients which are inherent to the MRI principle. The unique relationship between scanner bore space coordinates and the magnetic field gradients allows to determine the position and orientation of the microsystem. Experimental results show that localization is possible in 3 ms with sub-millimeter spatial resolution.

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