Ce travail concerne une catégorie de robot mobile manipulateur omnidirectionnel bionique, en l’occurence le RobotinoXT qui dispose d’un manipulateur bionique CBHA monté sur un robot mobile omnidirectionnel, nommée Robotino. D’abord, nous avons proposé un modèle cinématique direct de ce système en utilisant une méthode nommée « arc geometry ». Celle-ci a été validée grâce à un banc d’expérimentation en ayant recours à une technique de trilatération. Pour atteindre cet objectif, les capteurs ont été calibrés. Concernant le problème de calibration des paramètres constants du modèle, il a été résolu en développant un algorithme d’optimisation incluant une méthode nommée SQP, validée via un manipulateur industriel à bras rigides. Puis, nous avons proposé un modèle cinématique inverse du CBHA en supposant que chaque vertèbre de celui-ci est assimilée à un robot parallèle. Ce modèle a été validé par les mesures réelles obtenues avec le manipulateur industriel, permettant la définition de l’espace de travail du robot. Enfin, nous avons implémenté une boîte à outils qui englobe les modèles développés dans ce travail. / This work deals with a particular class of mobile omnidrive-bionic manipulator robot namely RobotinoXT. It contains a bionic manipulator Compact Bionic Handling Assistant (CBHA) mounted over a mobile omnidrive robot Robotino. We first proposed a forward kinematic model of such a system by using an “arc geometry” method which was validated through a test bench using a trilateration technique. To achieve this purpose, the sensors were calibrated. For the model’s constant parameters calibration problem, this latter was resolved by developing an optimization algorithm which incorporates a SQP method, validated via an industrial manipulator with rigid links. Then, we proposed an inverse kinematic model of the CBHA by assuming that each backbone of it, is assimilated to a parallel robot. This model was validated by real measurements obtained with the industrial manipulator, allowing defining the robot workspace. Finally, we implemented a toolbox which encompasses the models developed in this work.

Dans l'industrie automobile, les réductions de masse permettent des économies de matières premières et des gains importants en performance. Cet allégement ne peut cependant pas se faire au détriment des exigences en matière de confort et de sécurité. Dans ce contexte, l'objectif de l'optimisation topologique est de déterminer, en amont des projets, les caractéristiques générales des pièces mécaniques. Les logiciels commerciaux actuels ne permettant pas l'intégration de toutes les contraintes déclinées sur les projets véhicules, notamment les contraintes vibro-accoustiques, nous proposons dans cette thèse une méthodologie et une solution logicielle associée, permettant la prise en compte d'un cahier des charges conforme à ceux utilisés chez Renault. Nous combinons pour cela la méthode d'optimisation topologique SIMP et l'algorithme d'optimisation numérique FSQP. Après avoir évalué notre méthode sur des cas de géométrie simple, nous montrons son potentiel sur le cas d'une face accessoires.

Les modèles d'éléments finis des automobiles donnent des grandes tailles de problèmes matriciels, ce qui demeure coûteux en ressources numériques pour une procédure d'optimisation. La multiplicité des phénomènes couplés du problème d'interaction de l'air de l'habitacle et de la superstructure rend plus sensible, à des variations mineures des paramètres, une optimisation directe du véhicule. Pour réduire les temps de calculs et l'espace mémoire liés à la simulation numérique en éléments finis, une méthode de double synthèse modale est appliquée sur la structure et le fluide. Ceci permet de diminuer le nombre de degrés de liberté de frontière. Egalement, un algorithme a été développé pour minimiser le nombre d'évaluations de fonction au cours des itérations d'optimisation. L'approche modale permet également de décomposer le problème d'optimisation de la réponse vibro-acoustique par des sous-problèmes couplés d'optimisation de critères modaux. Ces critères modaux explicitent les couplages fréquentiels par des termes d'amplification et les couplages spatiaux par des paramètres effectifs modaux. Ils favorisent ainsi le développement d'une stratégie d'optimisation robuste par le contrôle modal des effets prépondérants sur la qualité vibro-acoustique des véhicules. / Finite element models and the complexity of vehicle passenger compartments make it harder the optimization, mainly because of expensive computing resources and multiple coupled phenomena of fluid-structure problems. Strategies to improve time and memory performance consist in the use of reduction methods, and combined with efficient optimization techniques, vibro-acoustic solutions of better quality can be performed. The complexity of the system is taken into account thanks to a hierarchical optimization process. Both reduction method and gradient-based optimization algorithm are investigated. Based on modal synthesis, special criteria help to determine critical vibration propagation paths. A modified SQP (Sequential Quadratic Programming) algorithm is also developed in order to provide a faster convergence speed. Such process is to be applied on an academic example and hollow parts and panels of a whole passenger compartments. It allows to find relevant and non obvious solutions by minimizing noise and vibration transfer functions in a relatively wide range of frequencies.