Th. doct.--Vision par ordinateur--Nice-Sophia Antipolis, 1996. / Bibliogr. p. 199-204. Résumé en anglais et en français. 1996 d'après la déclaration de dépôt légal.

Thèse doct.--Sci. ingénieur--Nice, 1995.

Thesis (Ph. D.)--University of Pennsylvania, 1984. / Includes bibliographical references (p. [196]-206) and index.

Th. doct.--Informatique temps réel, robotique-automatique--Paris--Éc. natl. supér. mines, 1997. / Bibliogr. p. 159-164. Résumé en anglais et en français. 1997 d'après la déclaration de dépôt légal.

Th. doct.-ing.--Électronique, électrotechn., autom.--Toulouse--I.N.P., 1979. N°: 68.

La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande et l'équilibre des robots humanoïdes disposant d'une base mobile à roues omnidirectionnelles. Les méthodes développées visent à atteindre de hautes performances dynamiques pour ce type de robot, tout en assurant stabilité et équilibre. Les robots humanoïdes ont en général un centre de masse relativement haut en comparaison avec leur surface de contact avec le sol. Ainsi, la moindre accélération des corps du robot induit une large variation de la répartition des forces de contact avec le sol. Si celles-ci ne sont pas correctement contrôlées, alors le robot peut tomber. De plus, le robot disposant d'une base mobile à roues, une perturbation peut l'amener aisément à basculer sur deux roues. Enfin, un intérêt particulier a été apporté à la réalisation d'une commande temps-réel implémentée sur le système embarqué du robot. Cela implique principalement des contraintes concernant le temps de calcul de la loi de commande. Afin de répondre à ces problèmes, deux modèles linéaires du robot ont été réalisés. Le premier permet de modéliser la dynamique du robot lorsque celui-ci possède toutes ses roues en contact avec le sol. Le second permet de modéliser la dynamique du robot lorsque celui-ci bascule sur deux de ses roues. Ces modèles ont été réalisés en prenant en compte la répartition massique du robot. Ainsi, il a été judicieux de le modéliser comme un système à deux masses ponctuelles, pouvant se déplacer sur un plan parallèle au sol. La première correspond au centre de masse de la base mobile, la seconde à celui du reste du robot. Ces modèles sont ensuite utilisés au sein de deux commandes prédictives, permettant de prendre en compte à chaque instant les contraintes dynamiques ainsi que le comportement du robot dans le futur. La première commande permet de contrôler les déplacements du robot lorsque celui-ci possède toutes ses roues en contact avec le sol, lui assurant de ne pas basculer. La seconde permet au robot de se rattraper d'une situation où une perturbation l'amène à basculer, afin de ramener toutes ses roues en contact avec le sol. Aussi, un superviseur disposant d'une machine à état à été réalisé afin de définir quelle loi de commande doit être exécutée à chaque instant. Ce superviseur utilise les capteurs disponibles sur le robot afin d'observer son état de basculement. Enfin, afin de valider expérimentalement le résultat des développements de cette thèse, une série d'expériences a été présentée, mettant en évidence les différents aspects de la loi de commande. Notamment, des essais ont été réalisés concernant le suivi de trajectoires non physiquement réalisables, le rejet de perturbations appliqués à la base mobile, la stabilisation du robot lors de son basculement, ainsi que la compensation de variations de l'inclinaison du sol. / The problem of this thesis concerns the control of the movements and the equilibrium of humanoid robots that have a mobile base with omnidirectionnal wheels. The developed methods aim to reach high dynamical performances for this type of robot, while ensuring it stability and equilibrium. Humanoid robots have generally a center of mass relatively high compared to its contact surface with the ground. Therefore, the slightest acceleration of the robot bodies induces a large variation of the distribution of the contact forces with the ground. If they are not properly controlled, the robot can fall. Moreover, the robot having a mobile base with wheels, a disturbance can easily bring it to tilt on two wheels. Finally, a specific interest have been provided about the realisation of a real time controler implemented on the embedded system of the robot. This implies some constraints about the computationnal time of the control law. In order to answer these problems, two linear models of the robot have been developed. The first allows to modelize the dynamics of the robot when it has all of its wheels in contact with the ground. The second allows to modelize the dynamics of the robot when it tilts on two of its wheels. These models have been developed by taking into account the mass distribution of the robot. These models have been subsequently used in two predictive control laws, allowing to take into account at every instant the dynamical constraints as weel as the future behavior of the robot. The first allows to control the movements of the robot when it has all of its wheels in contact with the ground, preventing it for tilting. The second allows the robot to recover itself in a situation when a disturbance bring it to tilt, in order to bring back all of its wheels in contact with the ground. Also, a supervisor that has a state machine has been made in order to define which control law has to be executed at each instant. This supervisor uses the available sensors on the robot in order to observe its tilt state. Finally, in order to validate experimentally the results of the developments of this thesis, a series of experiments has been presented, demonstrating some aspects of the control law. In particular, some tests have been made concerning the tracking of non physically feasible trajectories, the reject of disturbances applied on the mobile base, the stabilisation of the robot during its tilt, and the compensation of the variations of the ground inclination.

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.

Depuis maintenant près d’un siècle, des robots sous-marins ont été développés afin de réaliser des tâches spécifiques aux besoins des grands acteurs historiques du domaine (militaires, pétroliers, câbliers ou explorateurs benthiques) sans vraiment se soucier de la polyvalence et de la modularité de la plateforme. L’objectif de cette thèse est d’avoir une réflexion sur une solution technologique et scientifique avec comme domaine applicatif l’environnement faible fond ou confiné. Il s’agit en d’autres termes de concevoir un robot sous-marin que l’on peut faire évoluer aisément tant sur le plan mécanique, électronique qu’informatique. Cet objectif impose de proprement conceptualiser cette « polyvalence » en s’attachant à apporter de l’abstraction dans l’architecture de contrôle que se soit au niveau de l’automatique avec l’expression de la polyvalence liée à l’étage d’actionnement ou de l’informatique avec une architecture basée services, pouvant être composés, afin de répondre à la diversité des besoins applicatifs. L’ensemble de ces travaux a pour point de départ le robot Jack mis au point par l’entreprise Ciscrea, partenaire industriel, qui apporte un aspect économique à la nécessité de développer une solution polyvalente pouvant être décliné en une gamme de produits. Ce manuscrit traite de la conception, la réalisation et l’expérimentation de ce vecteur que ce soit en piscine où en environnement réel. / Since almost a century, underwater robots have been developed in order to respond to the specific needs of historical actors of the domain (military, hydrocarbons exploitation, underwater cabling or benthic exploration), without addressing specifically the question of versatility or modularity of the underwater platform. This thesis aims to address these questions on a technological solution dedicated to shallow water or confined environment. In other words, the objective is to realise an underwater system, able to evolve on the mechanical, electronical or software aspects. This requires to properly conceptualise this « versatility » with an abstraction of the control architecture, on the actuation aspect, with the expression of the versatility linked to the actuation systems, or on the software architecture level, with a Service-Oriented-Architecture (SOA) approach, in order to tackle the diversity of the application requirements. This study is based on the Jack system, developed by the Ciscrea Company, which is the industrial partner of this project, and brings the economical aspect as a central requirement. This underlines another view of the versatility question, the development of a range of product for the Ciscrea Company.This thesis proposes the conception, realisation and experimentation of such a versatile underwater system, with test-tank and field validation.

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.

Le geste médical assisté par ordinateur en salle d'opération n'a pas cessé de progresser lors de ladernière décennie. Ce phénomène est lié à l'évolution des techniques de chirurgie et notamment àl'apparition des techniques dites mini-invasives. Cette pratique bien que révolutionnaire car ellepermet de diminuer les risques d'infection a introduit de nombreux problèmes. En effet, lechirurgien est limité dans ses gestes à cause de la restriction de mouvement imposée par les trocarts.De ce fait, la communauté robotique s'est assez rapidement intéressée aux problématiques deschirurgiens afin de développer des dispositifs robotisés adaptés. Un des grands thèmes étudié estcelui de la téléopération. Cette dernière consiste à utiliser deux dispositifs robotisés communémentappelés: maître et esclave. Dans le contexte médical, le robot maître est manoeuvré par le chirurgienet le robot esclave est au contact de l'organe à opérer. La première génération de ces systèmes nepermettait pas au chirurgien de ressentir les efforts qu'il exerçait sur les organes du patient. Unedeuxième génération de dispositifs est apparue en introduisant le retour d'efforts. Au delà desproblèmes de stabilité et de commande rencontrés, de tels systèmes permettent de réduire lesimperfections du geste humain ou d'en augmenter les capacités. Une des gênes constatées par leschirurgiens lors de l'utilisation de tels systèmes est le mouvement physiologique des organes àopérer.Cette thèse s'est principalement focalisée sur le thème de la compensation des mouvementsphysiologiques dans le cadre de la téléopération avec retour d'efforts. L'objectif étant de démontrerqu'il est possible pour le chirurgien de téléopérer un organe soumis à des mouvementsphysiologiques, et notamment le mouvement respiratoire, sans qu'il ne ressente cette perturbation.[...] / Computer aided medical gesture kept increasing during the last decade. This phenomenon is linkedto the evolution of surgical technique and specially the use of minimally invasive surgery. Thisrevolutionary technique allows reducing infection risks but introduces new problems. Indeed, thesurgeon has limited motion capability because the use of trocars. Therefore, robotics communityinterest has kept growing in order to develop specific robotized devices. One of the most currentstudied topics is teleoperation in which two robots are used: the master and the slave. In a medicalcontext, the master robot is manipulated by the surgeon and the slave robot is in contact with theoperated organ. The first generation of those systems did not allow the surgeon to feel how muchforce he applies on the patient. Then with the second generation, force-feedback was introduced.Even if this technique introduces new problems such as control and stability, it also allows medicalgesture improvements. One commonly cited problem is the physiological motion of organs forexample.This thesis mainly focuses on the subject of physiological motion compensation in the context ofmedical force feedback teleoperation. The aim is to prove that the surgeon is able to teleoperate anorgan submitted to a physiological motion, and especially respiratory motion, without feeling thisdisturbance.First of all, the choice of the teleoperation scheme is important. In the literature, many can be found.To simplify this study, a two communication channel scheme has been chosen. This means that onlyone information is sent from the master to the slave and another one from the slave to the master. Inorder to fulfill a task in the free space and in contact with the environment, and to compensate aforce disturbance, the force-position scheme is selected. In this case, the slave sends forceinformation and the master sends back position information.[...]