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.

L’utilisation de systèmes robotiques pour la navigation dans des zones confinées pose des défis intéressants sur les thèmes de conception, de modélisation et de commande, particulièrement complexes pour les applications médicales. Dans ce contexte, nous introduisons un nouveau concept de robots continus, fortement prometteurs pour des applications biomédicales, dont la forme complexe, la dextérité et la capacité de miniaturisation constituent des avantages majeurs pour la navigation intra corporelle. Parmi cette classe, les robots à tubes concentriques (RTC), qui constituent notre point de départ, sont améliorés grâce à un actionnement embarqué innovant. Nos travaux s’articulent autour de deux thématiques aux frontières de l’état de l’art. D’une part, nous avons proposé une modélisation générique et conduit une analyse cinématique approfondie de robots continus basés sur l’architecture des RTC standards et ceux avec changement de courbure de leurs tubes dans deux variantes : courbures unidirectionnelle et bidirectionnelle. D’autre part, leur commande cartésienne en pose complète est introduite avec une validation expérimentale sur un prototype développé de RTC standard, ainsi que les simulations numériques d’une loi de commande comprenant la gestion de la redondance des RTC à changement de courbure. D’autre part, nous avons effectué la synthèse, la caractérisation et la mise en œuvre de micro-actionneurs souples basés sur les polymères électro-actifs (PEA), intégrés pour la première fois dans un robot continu.Ainsi, l’asservissement visuel d’un prototype de robot télescopique souple est proposé avec des précisions atteignant 0.21 mm sur différentes trajectoires. / Major challenges need to be risen in order to perform navigation in confined spaces with robotic systems in terms of design, modeling, and control, particularly for biomedical applications. Indeed,the complex shape, dexterity, and miniaturization ability of continuum robots can help solving intracorporeal navigation problems. Within this class, we introduce a novel concept in order to augment the concentric tube robots (CTR) with embedded actuation. Our works hinge on two majorcutting-edge thematics. On the one hand, we address modeling and kinematics analysis of standard CTR as well as variable curvature CTR with their two varieties : single and double bending directions.Furthermore, we perform the experimental validation of Cartesian control of a CTR prototype, anda task hierarchy based control law for redundancy resolution of CTR with variable curvatures. Onthe other hand, we develop the synthesis, the characterization, and the integration of soft microactuatorsbased on electro-active polymers (EAP) for the first time in a continuum robot. Thus, thevisual servoing of a telescopic soft robot is performed with precisions down to 0.21 mm following different trajectories.

Cette thèse propose un cadre méthodologique général et unifié adapté à l’étude de la locomotion d'une large gamme de robots, en particulier bio-inspirés. L'objectif de cette thèse est double. Tout d'abord, elle contribue à la classification des robots locomoteurs en adoptant les outils mathématiques mis en place par l'école américaine de mécanique géométrique. Deuxièmement,en profitant de la nature récursive de la formulation de Newton-Euler, elle propose de nouveaux outils efficaces sous la forme d'algorithmes aptes à résoudre les dynamiques externe directe et interne inverse de tout robot locomoteur approximable par un système multicorps mobile. Ces outils génériques peuvent aider l’ingénieur ou le chercheur dans la conception, la commande, la planification de mouvement des robots locomoteurs ou manipulateurs comprenant un grand nombre de degrés de liberté internes. Des algorithmes effectifs sont proposés pour les robots discrets ainsi que continus. Ces outils méthodologiques sont appliqués à de nombreux exemples illustratifs empruntés à la robotique bio-inspirée tels les robots serpents, chenilles et autres snake-board… / This thesis proposes a general and unified methodological framework suitable for studying the locomotion of a wide range of robots, especially bio-inspired. The objective of this thesis is twofold. First, it contributes to the classification of locomotion robots by adopting the mathematical tools developed by the American school of geometric mechanics.Secondly, by taking advantage of the recursive nature of the Newton-Euler formulation, it proposes numerous efficient tools in the form of computational algorithms capable of solving the external direct dynamics and the internal inverse dynamics of any locomotion robot considered as a mobile multi-body system. These generic tools can help the engineers or researchers in the design, control and motion planning of manipulators as well as locomotion robots with a large number of internal degrees of freedom. The efficient algorithms are proposed for discrete and continuous robots. These methodological tools are applied to numerous illustrative examples taken from the bio-inspired robotics such as snake-like robots, caterpillars, and others like snake-board, etc.