Cette thèse propose une solution au problème de la génération de mouvements pour les robots humanoïdes. Le cadre qui est proposé dans cette thèse génère des mouvements corps-complet en utilisant la dynamique inverse avec l'espace des tâches et en satisfaisant toutes les contraintes de contact. La spécification des mouvements se fait à travers objectifs dans l'espace des tâches et la grande redondance du système est gérée avec une pile de tâches où les tâches moins prioritaires sont atteintes seulement si elles n'interfèrent pas avec celles de plus haute priorité. À cette fin, un QP hiérarchique est utilisé, avec l'avantage d'être en mesure de préciser tâches d'égalité ou d'inégalité à tous les niveaux de la hiérarchie. La capacité de traiter plusieurs contacts non-coplanaires est montrée par des mouvements où le robot s'assoit sur une chaise et monte une échelle. Le cadre générique de génération de mouvements est ensuite appliqué à des études de cas à l'aide de HRP-2 et Romeo. Les mouvements complexes et similaires à l'humain sont obtenus en utilisant l'imitation du mouvement humain où le mouvement acquis passe par un processus cinématique et dynamique. Pour faire face à la nature instantanée de la dynamique inverse, un générateur de cycle de marche est utilisé comme entrée pour la pile de tâches qui effectue une correction locale de la position des pieds sur la base des points de contact permettant de marcher sur un terrain accidenté. La vision stéréo est également introduite pour aider dans le processus de marche. Pour une récupération rapide d'équilibre, le capture point est utilisé comme une tâche contrôlée dans une région désirée de l'espace. En outre, la génération de mouvements est présentée pour CHIMP, qui a besoin d'un traitement particulier. / This thesis aims at providing a solution to the problem of motion generation for humanoid robots. The proposed framework generates whole-body motion using the complete robot dynamics in the task space satisfying contact constraints. This approach is known as operational-space inverse-dynamics control. The specification of the movements is done through objectives in the task space, and the high redundancy of the system is handled with a prioritized stack of tasks where lower priority tasks are only achieved if they do not interfere with higher priority ones. To this end, a hierarchical quadratic program is used, with the advantage of being able to specify tasks as equalities or inequalities at any level of the hierarchy. Motions where the robot sits down in an armchair and climbs a ladder show the capability to handle multiple non-coplanar contacts. The generic motion generation framework is then applied to some case studies using HRP-2 and Romeo. Complex and human-like movements are achieved using human motion imitation where the acquired motion passes through a kinematic and then dynamic retargeting processes. To deal with the instantaneous nature of inverse dynamics, a walking pattern generator is used as an input for the stack of tasks which makes a local correction of the feet position based on the contact points allowing to walk on non-planar surfaces. Visual feedback is also introduced to aid in the walking process. Alternatively, for a fast balance recovery, the capture point is introduced in the framework as a task and it is controlled within a desired region of space. Also, motion generation is presented for CHIMP which is a robot that needs a particular treatment.

Cette thèse propose une approche interdisciplinaire originale du traitement du mouvement humain corps-complet grâce à l'utilisation couplée d'approches issues de la biomécanique, du contrôle moteur et de la robotique. Les méthodes biomécaniques sont utilisées pour l'enregistrement, le traitement et l'analyse du mouvement humain. L'approche << Uncontrolled Manifold >> du contrôle moteur est étendue à l'étude des mouvements hautement dynamiques. Ceci permet de déterminer si d'éventuelles tâches dynamiques sont contrôlées et stabilisées par le cerveau, puis d'inférer une organisation hiérarchique des tâches motrices. Le formalisme de l'espace des tâches utilisé en robotique pour la génération de mouvement corps-complet ainsi que la hiérarchie des tâches extraites dans l'étude du contrôle moteur sont utilisés pour simuler des mouvements humains hautement dynamiques. Cette approche permet de mieux comprendre le mouvement humain et de générer des mouvements inspirés de l'humain pour d'autres systèmes anthropomorphes tel que des robots ou avatars. La discipline du Parkour, impliquant des actions hautement dynamiques tels que des sauts et des techniques d'atterisage, est choisie pour illustrer l'approche proposée. / This thesis proposes an original and interdisciplinary approach to the treatment of whole-body human movements through the synergistic utilization of biomechanics, motor control and robotics. Robust methods of biomechanics are used to record, process and analyze whole-body human motions. The Uncontrolled Manifold approach (UCM) of motor control is extended to study highly dynamic movements processed in the biomechanical study, in order to determine if hypothesized dynamic tasks are being controlled stably by the central nervous system. This extension permits also to infer a hierarchical organization of the controlled dynamic tasks. The task space formalism of motion generation in robotics is used to generate whole-body motion by taking into account the hierarchy of tasks extracted in the motor control study. This approach permits to better understand the organization of human dynamic motions and provide a new methodology to generate whole-body human motions with anthropomorphic systems. A case study of highly dynamic and complex movements of Parkour, including jumps and landings, is utilized to illustrate the proposed approach.