Swarm robotics is a young multidisciplinary research field at the<p>intersection of disciplines such as distributed systems, robotics,<p>artificial intelligence, and complex systems. Considerable research<p>effort has been dedicated to the study of algorithms targeted to<p>specific problems. Nonetheless, implementation and comparison remain difficult due to the lack of shared tools and benchmarks. Among the tools necessary to enable experimentation, the most fundamental is a simulator that offers an adequate level of accuracy and flexibility to suit the diverse needs of the swarm robotics<p>community. The very nature of swarm robotics, in which systems may comprise large numbers of robots, forces the design to provide<p>runtimes that increase gracefully with increasing swarm sizes.<p><p>In this thesis, I argue that none of the existing simulators offers<p>satisfactory levels of accuracy, flexibility, and efficiency, due to<p>fundamental limitations of their design. To overcome these<p>limitations, I present ARGoS---a general, multi-robot simulator that<p>currently benchmarks as the fastest in the literature.<p><p>In the design of ARGoS, I faced a number of unsolved issues. First, in existing simulators, accuracy is an intrinsic feature of the<p>design. For single-robot applications this choice is reasonable, but<p>for the large number of robots typically involved in a swarm, it<p>results in an unacceptable trade-off between accuracy and<p>efficiency. Second, the prospect of swarm robotics spans diverse<p>potential applications, such as space exploration, ocean restoration,<p>deep-underground mining, and construction of large structures. These applications differ in terms of physics (e.g. motion dynamics) and available communication means. The existing general-purpose simulators are not suitable to simulate such diverse environments accurately and efficiently.<p><p>To design ARGoS I introduced novel concepts. First, in ARGoS accuracy is framed as a property of the experimental setup, and is tunable to the requirements of the experiment. To achieve this, I designed the architecture of ARGoS to offer unprecedented levels of modularity. The user can provide customized versions of individual modules, thus assigning computational resources to the relevant aspects. This feature enhances efficiency, since the user can lower the computational cost of unnecessary aspects of a simulation.<p><p>To further decrease runtimes, the architecture of ARGoS exploits the computational resources of modern multi-core systems. In contrast to existing designs with comparable features, ARGoS allows the user to define both the granularity and the scheduling strategy of the parallel tasks, attaining unmatched levels of scalability and efficiency in resource usage.<p><p>A further unique feature of ARGoS is the possibility to partition the<p>simulated space in regions managed by dedicated physics engines<p>running in parallel. This feature, besides enhancing parallelism,<p>enables experiments in which multiple regions with different features are simulated. For instance, ARGoS can perform accurate and efficient simulations of scenarios in which amphibian robots act both underwater and on sandy shores.<p><p>ARGoS is listed among the major results of the Swarmanoid<p>project. It is currently<p>the official simulator of 4 European projects<p>(ASCENS, H2SWARM, E-SWARM, Swarmix) and is used by 15<p>universities worldwide. While the core architecture of ARGoS is<p>complete, extensions are continually added by a community of<p>contributors. In particular, ARGoS was the first robot simulator to be<p>integrated with the ns3 network simulator, yielding a software<p>able to simulate both the physics and the network aspects of a<p>swarm. Further extensions under development include support for<p>large-scale modular robots, construction of 3D structures with<p>deformable material, and integration with advanced statistical<p>analysis tools such as MultiVeStA. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La chirurgie sans cicatrices, visant à réaliser des opérations chirurgicales sans cicatrices visibles, est l'avant-garde dans le domaine de la chirurgie mini-invasive. L'absence d'instruments adéquats est l'un des freins à son utilisation en routine clinique. Dans ce contexte, nous introduisons un nouveau robot chirurgical téléopéré, composé d'un endoscope et de deux instruments flexibles, avec 10 DDL motorisés. Cette thèse explore les différentes façons de contrôler le système. La cinématique du robot est analysée et différentes stratégies de contrôle maître/esclave, allant du contrôle articulaire au Cartésien, sont proposées. Ces stratégies ont été testés sur un simulateur virtuel ainsi que sur le système réel en laboratoire et en ex-vivo. Les résultats montrent qu’un seul utilisateur est capable de contrôler le robot et d’effectuer des tâches complexes en utilisant deux interfaces haptiques. / No-scar surgery, which aims at performing surgical operations without visible scars, is the vanguard in the field of Minimally Invasive Surgery (MIS). The lack of adequate instrumentation is one of the issues to its clinical routine use. In this context, we introduce a novel teleoperated surgical robot, consisting of an endoscope and two flexible instruments, with 10 motorized DOFs. This thesis investigates the possibilities to control the system. The robot kinematics is analyzed, and differentmaster/slave control strategies, ranging from joint to Cartesian control, are proposed. These strategies have been tested on a specifically developed virtual simulator and on the real system in laboratory and ex-vivo experiments. The results show that a single user is capable to control the robotic system and to perform complex tasks by means of two haptic interfaces.

La vertébroplastie percutanée est une intervention non chirurgicale et peu invasive qui consiste à injecter, sous contrôle radioscopique, un ciment orthopédique dans le corps vertébral. Malgré son efficacité, celle-ci présente quelques inconvénients non négligeables. Le premier est dû au ciment orthopédique qui est injecté pendant sa polymérisation. Au début, sa faible viscosité augmente le risque de fuite hors de la vertèbre traitée, ce qui peut provoquer de lourdes complications. Ensuite, la variation rapide de viscosité limite la durée. Le second désagrément concerne le contrôle par fluoroscopie à rayons X qui expose le praticien de manière prolongée. Ainsi, l’enjeu de ce projet est de proposer aux radiologues un nouveau système d’injection à distance avec retour d’effort sur lequel la viscosité du ciment est régulée pendant l’injection. Le développement de ces aspects permettra la radioprotection des praticiens, une réduction des risques de fuite et une durée d’injection allongée. / Percutaneous vertebroplasty is a minimally invasive intervention that involves injecting bone cement, under fluoroscopic guidance, into the vertebral body. It consolidates the fractured vertebra and reduces pain. However, some inconveniences must be considered. The major difficulties are related to the cement that is injected during its curing phase. It is very liquid at the beginning of the injection, which introduces a high risk of leakage outside the vertebra and, thus, potential dramatic complications. During the injection, the reaction progresses and the cement hardens suddenly, leaving a short working phase. Finally, the operator is permanently exposed to harmful X-rays. This work aims to provide a new teleoperated injection device with haptic feedback that allows a fine supervision of the cement injection by including a viscosity control system. This device will allow the radioprotection of the medical staff, a reduction of the leakage risks and an extended injection phase.

Le développement de logiciels pour les robots connectés est une difficulté majeure dans le domaine du génie logiciel. Les systèmes proposés sont souvent issus de la fusion de une ou plusieurs plates-formes provenant des robots, des ordinateurs autonomes, des appareils mobiles, des machines virtuelles, des caméras et des réseaux. Nous proposons ici une approche orientée agent permettant de représenter les robots et tous les systèmes auxiliaires comme des agents d’un système. Ce concept de l’agence préserve l’autonomie sur chacun des agents, ce qui est essentiel dans la mise en oeuvre logique d’un nuage d’éléments connectés. Afin de procurer une flexibilité de mise en oeuvre des échanges entre les différentes entités, nous avons mis en place un mécanisme d’hyperactivité ce qui permet de libérer sélectivement une certaine autonomie d’un agent par rapport à ces associés.Actuellement, il n’existe pas de solution orientée méta-modèle pour décrire les ensembles de robots interconnectés. Dans cette thèse, nous présentons un méta-modèle appelé HTM5 pour spécifier a structure, les relations, les échanges, le comportement du système et l’hyperactivité dans un système de nuages de robots. La thèse décrit l’anatomie du méta-modèle (HTM5) en spécifiant les différentes couches indépendantes et en intégrant une plate-forme indépendante de toute plateforme spécifique. Par ailleurs, la thèse décrit également un langage de domaine spécifique pour la modélisation indépendante dans HTM5. Des études de cas concernant la conception et la mise en oeuvre d’un système multi-robots basés sur le modèle développé sont également présentés dans la thèse. Ces études présentent des applications où les décisions commerciales dynamiques sont modélisées à l’aide du modèle HTM5 confirmant ainsi la faisabilité du méta-modèle proposé. / Software development for cloud connected robotic systems is a complex software engineeringendeavour. These systems are often an amalgamation of one or more robotic platforms, standalonecomputers, mobile devices, server banks, virtual machines, cameras, network elements and ambientintelligence. An agent oriented approach represents robots and other auxiliary systems as agents inthe system.Software development for distributed and diverse systems like cloud robotic systems require specialsoftware modelling processes and tools. Model driven software development for such complexsystems will increase flexibility, reusability, cost effectiveness and overall quality of the end product.The proposed 5-view meta-model has separate meta-models for specifying structure, relationships,trade, system behaviour and hyperactivity in a cloud robotic system. The thesis describes theanatomy of the 5-view Hyperactive Transaction Meta-Model (HTM5) in computation independent,platform independent and platform specific layers. The thesis also describes a domain specificlanguage for computation independent modelling in HTM5.The thesis has presented a complete meta-model for agent oriented cloud robotic systems and hasseveral simulated and real experiment-projects justifying HTM5 as a feasible meta-model.

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.

Les avancées technologiques récentes ont permis d'intégrer plusieurs milliards de transistors au sein d'une même puce, et ce chiffre ne cesse d'augmenter.Il n'est plus possible depuis quelques années, à cause de limitations physiques, d'augmenter la fréquence de fonctionnement des micro-processeurs.Pour adresser des applications toujours plus complexes, la tendance actuelle consiste à multiplier le nombre de cœurs de calcul.Au-delà d'une dizaine de processeurs, de nombreuses problématiques apparaissent, comme la gestion de la mémoire, les communications,la manière de représenter le calcul ou encore l'ordonnancement de tâches.Pour répondre à ces problématiques, nous avons conçu un calculateur capable d'auto-organiser son architecture interneen fonction de la nature et de la richesse des informations contenues dans l'environnement dans lequel il est placé.Ce contrôleur s'inscrit dans la boucle sensori-motrice d'un robot mobile, illustrant ainsi un large choix d'applications complexes, évoluant dans un environnement dynamique.Il est constitué d'une grille 2D d'éléments de calcul prenant la forme d'une surface reconfigurable, pouvant héberger un processeur ou un accélérateur matériel.L'auto-organisation de l'architecture se manifeste sous la forme d'émergence d'aires de traitement sur la surface de la puce, parmi les éléments de calcul.Le développement et l'évolution de ces aires sont pilotés par un réseau de neurones matériel intégré à la couche de calcul.L'originalité de ce réseau de neurones de type carte auto-organisatrice est d'être complètement distribué, et de disposer d'une connectivité limitée.Nous pensons en effet que ces conditions soient nécessaire pour qu'une architecture puisse passer à l'échelle.Cette couche neuronalle tire ses données d'entrée dans une couche de pré-traitement qui a pour but d'extraire l'information pertinente de l'environnement.Dans le cadre de ces travaux, elle est implémentée sous la forme d'un système de vision bio-inspiré, par ailleurs validé dans un contexte robotique. / Since a few years, due to physical limitations, it has not been possible to increase the micro-processors frequency anymore.To tackle more and more complex applications, the current trend is to increase the number of computation cores.However, beyond tens of cores, some issues emerge.Among them, we can cite memory management, communications, programming or task scheduling.To address these challenges, we have designed a computer which is able to self-organize its own internal architecture dependingon the nature and the richness of the informations sensed in the environment in which it is placed.This computer is part of a sensori-motor loop of a mobile robot, thus allowing a large panel of complex applications, running in a dynamic environment.It is made of a 2D mesh network of processing elements which are reconfigurable surfaces, that can host a processor or a hardware accelerator.The self-organization of the architecture takes the form of the emergence of computation areas on the chip surface, among the processing elements.The developpment and the evolution of these areas are driven by a hardware neural network, integrated in the programmable computation layer.The novelty of this self-organizing map neural network is that it is completely distributed, and that the neurons are sparsely connected.We think indeed that these conditions are necessary for the scalability of an architecture.This neuronal layer takes its inputs from a pre-processing sublayer which extracts the relevant information in the environment.In the context of this work, this layer is implemented as a bio-inspired vision system, also validated in a robotics context.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la robotique, de l'automatique et de l'acoustique musicale. Elle propose une étude d'un banc de test robotisé pour le jeu des cuivres et se décompose selon trois volets: la modélisation passive du système, sa simulation et son développement. La modélisation utilise le formalisme passif des systèmes hamiltoniens à ports. Les principaux éléments du système sont: l'alimentation en air pour le souffle, l'excitateur (composé de deux lèvres et d'un jet d'air) et un résonateur acoustique. Un nouveau modèle de jet d'air généré entre les lèvres est proposé. Ce modèle a pour but de restituer un bilan de puissance plus proche de la réalité physique que les modèles couramment utilisés. Pour la simulation à passivité garantie, la méthode du gradient discret est présentée. Elle ne garantit pas l'existence et l'unicité d'une solution et est limitée au second ordre de consistance numérique. De plus, son exécution nécessite des algorithmes d'optimisations non linéaires. Pour pallier ces limitations, une méthode à plusieurs étapes de type Runge-Kutta double et basée sur un changement de variable est proposée. Des résultats de simulations sont interprétés et comparés à ceux issus d'un modèle classique de la littérature. Le banc de test, ainsi que les développements techniques sont présentés. Ils permettent la mise au point d'expériences de cartographies répétables pouvant être utilisées pour caractériser différents instruments de musique. Enfin, des résultats numériques et expérimentaux sont comparés afin de mettre en avant les défauts et les qualités du modèle proposé. / This thesis is to be seen against the robotic, the automatic, and the musical acoustic backgrounds. It provides a study of a robotized test bench for brass instruments and is divided into three parts: the passive modelling of the system, its simulation and its development. The modelling uses a passive formalism, namely, the ports-Hamiltonian systems. The main parts of the complete system are: an air supply for the breath, an acoustic exciter (composed of a couple of artificial lip and an air jet) and an acoustic resonator. A new model for the air jet generated between the lips is proposed. This model aims at providing a power balance, which is closer to the real system than other commonly used models. The discrete gradient method is presented to perform passive simulations. It does not generally guaranty the existence and uniqueness of a solution and is limited to the second order of numerical consistency. Moreover, its execution needs nonlinear optimisation algorithms. To compensate for these limitations, a multi-stage method of double Runge-Kutta type and based on a change of variable is proposed. Results from simulations are interpreted and compared to those coming from a Bernoulli type model. Finally, the test bench and the technical developments are presented. They enable the performance of repeatable cartographies experiments which can be used to characterise music instruments. Finally, experimental and numerical results are compared in order to highlight the defaults and the qualities of the proposed model.

La manipulation robotique d'une sonde échographique a été un important sujet de recherche depuis plusieurs années. Plus particulièrement, des méthodes d'asservissement visuel guidé par échographie ont été développées pour accomplir différentes tâches, telles que la compensation de mouvement, le maintien de la visibilité d'une structure pendant la téléopération, ou le suivi d'un instrument chirurgical. Cependant, en raison de la nature des images échographiques, garantir une bonne qualité d'image durant l'acquisition est un problème difficile, qui a jusqu'ici été très peu abordé. Cette thèse traite du contrôle de la qualité des images échographiques acquises par une sonde robotisée. La qualité du signal acoustique au sein de l'image est représentée par une carte de confiance, qui est ensuite utilisée comme signal d'entrée d'une loi de commande permettant d'optimiser le positionnement de la sonde échographique. Une commande hybride est également proposée pour optimiser la fenêtre acoustique pour une cible anatomique qui est détectée dans l'image. L'approche proposée est illustrée dans le cas d'un scénario de télé-échographie, où le contrôle de la sonde est partagé entre la machine et le téléopérateur. / The robotic guidance of an ultrasound probe has been extensively studied as a way to assist sonographers in performing an exam. In particular, ultrasound-based visual servoing methods have been developed to fulfill various tasks, such as compensating for physiological motion, maintaining the visibility of an anatomic target during teleoperation, or tracking a surgical instrument. However, due to the specific nature of ultrasound images, guaranteeing a good image quality during the procedure remains an unaddressed challenge. This thesis deals with the control of ultrasound image quality for a robot-held ultrasound probe. The ultrasound signal quality within the image is represented by a confidence map, which is used to design a servo control law for optimizing the placement of the ultrasound probe. A control fusion is also proposed to optimize the acoustic window for a specific anatomical target which is tracked in the ultrasound images. The method is illustrated in a teleoperation scenario, where the control is shared between the automatic controller and a human operator.

La dégradation des terres dans le monde affecte directement plus d’un milliard d’hectares. Elle menace près de 35% des terres de la planète ainsi que les moyens de subsistance de deux milliards d’individus. Les estimations des pertes financières sont considérables chaque année. La dégradation des terres arides et semi-arides est une entrave au développement des pays concernés. Ce problème demeure insoluble et la communauté internationale organisée au sein de plusieurs instances n’ayant pas trouvé de solution pérenne, assiste impuissante à la progression du fléau malgré les efforts et expérimentations menées à travers le monde. L’urgence est de mise pour trouver des solutions qui soient à la fois techniques, sociales, économiques et culturelles.Ce constat appelle des réponses et la nécessité d’exploiter des approches basées sur les avancées des nouvelles techniques. La robotique mobile est une piste qui peut contribuer dans un avenir proche à freiner ce phénomène. Cette technologie recèle d’immenses possibilités dans plusieurs domaines : médical, aide à la personne, militaire, agricole et bien entendu dans la restauration des écosystèmes. La thèse s’inscrit dans le projet R-Stepps pour évaluer les capacités de résilience d’une solution basée sur les techniques robotiques. Elle expérimente une flotte de robots pour lutter contre la dégradation des terres et l’avancée de la désertification. Nous avons étudié et exploré les moyens de mettre au point une flotte de robots nomades pour remplir des missions de restauration des écosystèmes dégradés. Pour construire des systèmes mécatroniques simples et robustes nous avons mis au point des robots limités à une seule tâche.Nous avons développé une plateforme expérimentale composée de cinq robots capables de se coordonner et d’accomplir chacun une tâche spécifique (forage, plantage, arrosage, surveillance, guidage). Le démonstrateur sert à valider les modèles de navigation, de localisation, de planification ainsi que les procédures de plantation et de surveillance de l’environnement / Land degradation directly affects over a billion hectares throughout the world. It is a threat to almost 35% of the planet’s land as well as to the means of subsistence of two billion people. Estimations of heavy financial losses are increasing year after year. The degradation of arid and semi-arid lands is a serious drawback to the development of the countries concerned. This problem is today unsolved and since a number of organizations within the international community have not found an appropriate, perennial solution, we are powerlessly witnessing the progression of this plague despite the efforts and experiments carried out all over the world. It has become extremely urgent to find solutions that are not only technical, but also social, economic and cultural.This assessment calls for action and the need to exploit different approaches based on the most recent advanced technology. Mobile robotics are a lead to explore and may well contribute to slowing down this phenomenon in the near future. This technology offers endless possibilities in many fields: healthcare, personal assistance, military, agriculture and of course the restoring of ecosystems. It will therefore be necessary to follow the evolution of this sector and observe its effects on the environment and society in general in those regions affected by the phenomenon. Our findings aim to propose a technical solution, and the more general questions regarding societal consequences are not examined; our main concern is to demonstrate and evaluate the resilience capacity of a solution based on robotic techniques. This document is part of the R-Stepps project to experiment a fleet of robots to combat land degradation and reverse the progress of desertification. Its main mission is reforestation, maintenance and surveillance of such zones. The fleet of robots is composed of various platforms, each with a specific function. By limiting each robot to one task, this will ensure their solidity and simple design

Les exosquelettes représentent des systèmes mécaniques portables qui ont reçu une grande attention de la part de la communauté scientifique ces derrières années, vues les possibilités qu'ils offrent.Ces possibilités concernent principalement les fonctions d'assistance et de réhabilitation des personnes en situation de handicape et personnes âgées, dans un objectif de leur permettre de recouvrir leur facultés motrices. Cependant, d'autres possibilités sont concernées comme permettre à des personnes paraplégiques de remarcher ou de permettre des opérations de manipulation excédent les capacités humaines.Pour permettre la réalisation des fonctions offertes par les robots portables, une connaissance fine de la dynamique du système est requise en relation avec les tâches à réaliser par les sujets. Par ailleurs, des approches de commande sûres qui prennent en compte la sécurité des usagers est nécessaire. Dans cet objectif, des techniques de commande bio-inspirées avec des techniques de commande par découplage non-linéaire sont considérées. Les dernières assurent que la loi de commande est stable et bornée en prenant en considération le domaine de saturation des actionneurs alors que les premières ont inspiré la conception de contrôleurs basés sur les oscillateurs locaux non-linéaires (Central Pattern Generators : CPG).Les CPGs sont modélisés par des réseaux de neurones qui peuvent être représentés par un ensemble d'oscillateurs non-linéaires situés dans la moelle épinière, avec des capacités de génération de signaux rythmiques multidimensionnels synchrones pour remplir des fonctions motrices sous le contrôle de simples signaux de commande. Ces signaux sont supposés être de nature périodique ou semi-périodique, dont la génération pour étudier les systèmes de locmotion humain reste un problème de recherche d'actualité.Dans la présente thèse, l'analyse, la simulation et la commandes des articulations d'un robot portable utilisé pour les membres inférieurs en utilisant, d'un côté les oscillateurs locaux non-linéaires et d'un autre côté des techniques de commande par découplage non-linéaire sont proposés, avec comme objectif final de permtre la mise en œuvre des approches proposées sur la plate-forme expérimentale développée au sein du FSATI (French South African Institute fo Technology).Pour atteindre l'objectif qui a été fixé par les travaux de recherche engagés, une étude de l'état de l'art sur les aspects liés à la connaissance de l'anatomie, la physiologie et l'analyse biomécanique de la marche humaine a été effectuée. Par ailleurs, une étude détaillée des oscillateurs locaux non-linéaires en parallèle avec les approches de commande directe et inverse, ont permis la proposition de stratégies de commande qui couplent les oscillateurs non-linéaires d'un côté et des techniques de découplage non-linéaire d'un autre côté ont été proposées et validées sur des systèmes de plusieurs degrés de liberté. Des simulations intensives ont été conduites afin de vérifier la capacité d'adaptation temps des approches de commandes mises en œuvre avec l'humain ans la boucle.Les contributions de la présente étude concerne deux approches de commande. La première approche concerne l'intégration d'une approche bio-inspirée, basée sur les oscillateurs locaux non-linéaires et la deuxième approche est basée sur les techniques de commande bornée par découplage non-linéaire / Wearable robotic system has become a well sought after mechanism in the field of biomechatronics engineering due to the the various possibilities it possess. These possibilities encompass the assistive and rehabilitative protocols rendered to disabled and elderly people, in order to enable them regain control of their limbs and of course increase the abilities of able-bodied persons. It therefore clearly drives the motive of bringing back paraplegics back on their feet as well as executing difficult task beyond human ability.Achieving the intended function of wearable robots requires the model dynamics of the physical system in relation to the tasks required to be performed by subjects. This demands a proper control measure which takes into account the safety of the wearer. For this purpose, bio-inspired control techniques and bounded nonlinear feedback controllers are considered. The latter control design ensures that the stipulated power required is not exceeded as well as the saturation of the actuator, while the former motivates the design of controllers based on the concept of Central Pattern Generators (CPG). CPGs are characterised as biological neural networks which can be represented by a set of coupled nonlinear oscillator situated in the spinal cord of mammals, having the capability of generating coordinated multidimensional rhythmic signals for the purpose of locomotion, under the control of simple input signals. These rhythmic signals are termed to be periodic or quasi-periodic in nature, hence performing this task in robotics and animal motor control has been a perpetual research problem. The movement of the lower limb of humans thus present a platform to investigate and address this difficulty.In this thesis, the analysis, simulation, and control of joints which relate to the human lower limbs via CPGs and feedback control techniques are investigated with an aim of practically implementing the control strategies using a lower limb exoskeleton is presented. To accomplish this goal, it is expedient to have comprehensive knowledge of the anatomy, physiology and the normal gait biomechanics of the human lower limbs. Understanding the theories, principles and mathematical background of nonlinear oscillators are also required. Control strategies using the inverse and the forward dynamics approach based on different types of coupled nonlinear oscillators and nonlinear feedback control techniques were considered for single/multiple degrees of freedom (DoF). Simulations and results were presented to verify the controller-human system ability to constantly and dynamically track and readapt its control parameters to maintain its desired motion dynamics, with reduced control torque values.This work basically deals with two distinct method of control systems; one which integrates bio-inspired methods with classical and nonlinear control techniques to govern the exoskeletons' joints with a human in the loop, and another which utilises bounded nonlinear feedback control techniques for same purpose