En robotique, il a toujours été difficile pour une jambe ou un bras robotique d'interagir avec son environnement, si ce dernier est inconnu. Les interactions non désirées peuvent causer de sérieux dommages au robot ou à l'environnement, ce qui est encore plus critique si l'environnement implique la présence d'un être humain. Les robots marcheurs sont sujets à ces mêmes contraintes lorsqu’il s'agit de se déplacer en terrains irréguliers et inconnus. Bien que leurs jambes permettent de s'adapter aux surfaces accidentées et de franchir des obstacles, les contacts avec le sol peuvent générer d'importantes forces. Percevoir les contacts avec le sol ainsi que les forces engendrées permettent un contrôle plus approprié du système robotique. Bien qu'il soit possible de munir les pattes de robots de capteurs de contact et de force, il reste que tout choc se répercute sur les engrenages des actionneurs, avec le risque de les endommager. Une autre solution consiste à utiliser des actionneurs élastiques compilants, i.e. des actionneurs munis d'un élément élastique qui permettent d'amortir les chocs et de percevoir les couples appliquées et retournées par l'environnement. Dans le présent travail, nous nous intéressons à l'utilisation d'actionneurs différentiel élastique (ADE) pour la réalisation d'une articulation pour une jambe de robot. L'ADE est un actionneur qui peut permettre une haute densité de couple, avec une impédance mécanique intrinsèque faible et qui peut être contrôlé en force, donc capable d'interactions sécuritaires avec son environnement. Afin de minimiser les dimensions et le poids de l'articulation tout en maximisant le couple et la vitesse, nous avons choisi d'étudier le couplage de deux ADE à travers un différentiel mécanique permettant l'élévation et la rotation d'une jambe de robot. Ainsi, il est possible d'utiliser le couple déployé par les deux actionneurs pour chacun des degrés de liberté, au lieu d'exploiter les capacités d'un seul actionneur par degré de liberté. L'analyse des résultats démontre un bon comportement au niveau du couple et de la vitesse dans les deux degrés de liberté du différentiel. L'intégration préliminaire de l'articulation pourra être utilisée pour étudier le comportement d'un robot marcheur à huit degrés de liberté dans des conditions d'utilisation variées (e.g., charge [i.e. charges] variables, terrains irréguliers).

Les forces et faiblesses des robots différant grandement de celles des humains, les robots chirurgicaux ont plusieurs avantages qui expliquent leur utilisation croissante en salle d'opération. Cependant, la robotique chirurgicale demeure un domaine qui comporte de nombreux défis. Plutôt que de travailler directement au niveau de l'application sur un robot spécifique, il a été décidé de concentrer les efforts sur une des composantes mécaniques qui impose des limitations aux interactions humain-robot : l'actionneur. Dans cette optique, un prototype de bras interactif a été réalisé en utilisant la technologie de l'Actionneur Différentiel Élastique (ADE), un actionneur élastique haute-performance de faible impédance mécanique intrinsèque. Le bras à trois degrés de liberté, dont les actionneurs sont contrôlés en impédance, pourra servir à étudier la façon dont les interactions humain/robot permettent d'augmenter les capacités humaines de manipulation. Le contrôle d'impédance de l'ADE a été utilisé en tant que noyau central lors du développement du contrôle du bras interactif. L'analyse des performances dans la plage de fréquence d'intérêt suggère un bon comportement de l'actionneur lorsque l'impédance mécanique demandée est faible.Les premiers essais d'interaction humain-robot avec le bras interactif suggèrent que l'ADE est tout indiqué pour une telle application. Le contrôle d'impédance développé a pu être utilisé dans le cadre d'une autre application robotique : le contrôle des axes de direction du robot mobile omnidirectionnel AZIMUT[indice inférieur 3].

Le développement de technologies sécuritaires pour les interactions humain-robot offre la possibilité de concevoir des robots d’assistance thérapeutique. Une des approches recherchées est l’exosquelette permettant aux utilisateurs souffrant de paralysie partielle de retrouver leur mobilité en augmentant la force et la stabilité des jambes. Pour atteindre cet objectif, l’utilisation de l’actionneur différentiel élastique (ADE) permet d’appliquer une assistance mécanique aux membres de l’utilisateur tout en lui permettant d’influencer le résultat final. Le contrôle par impédance permet de tirer avantage de cette technologie, mais demande une gestion des forces externes plus élaborée. La gravité influence la position finale en exerçant une force vers le sol. Les frictions internes du robot et les résistances articulatoires de l’utilisateur peuvent aussi limiter la capacité d’atteindre une position désirée. Pour assurer la sécurité de l’utilisateur, il est nécessaire de compenser ces problèmes de façon à ne pas limiter le caractère compliant des actionneurs. Le contrôle par impédance combiné à la génération de trajectoire par polynôme quintique proposée permet d’améliorer la précision de l’exosquelette tout en réduisant la rigidité nécessaire. La compensation de gravité proposée permet à l’exosquelette d’apprendre l’influence de la gravité sur la précision du système et d’appliquer le couple supplémentaire pour l’annuler. Les résultats montrent que le système est capable d’assurer une performance intéressante et qu’il peut maintenir cette performance malgré la présence de forces externes autres que la gravité. Les exosquelettes actuellement sur le marché fournissent une assistance en force sans évaluer la sécurité de la démarche de l’utilisateur, ce qui nécessite un utilisateur capable de marcher par lui-même pour le contrôler. L’approche proposée a le potentiel de rendre possible l’exosquelette thérapeutique capable d’assurer l’équilibre de son utilisateur lors de ses déplacements, même s’il peut difficilement le faire sans assistance.