Commande d’un robot hybride

L'axe robotique du laboratoire PRISME est une équipe d'un laboratoire de recheche académique qui s'intéresse au développement d’outils et de méthodes pour la conception et le contrôle de systèmes robotiques pour le médical.

Afin d’assurer une amélioration globale d’applications robotiques, ce développement sera mené sur les aspects mécatronique, d’architecture et de commande.

Thématiques de Recherche :

1. Conception mécatronique et interactions

Développement de structures cinématiques motorisées

Démarche de conception, prototype numérique et dispositifs

Optimisation : dimensionnement, formes, actionneurs, trajecteoires

Robots sériels et robots parallèles

Transferts de technologie, industrialisation de robots

2. Micro et nano robotique

Modélisation et commande aux échelles micro- ou naométrique :

modélisation multiphysique des interactions de nanorobots (IRM, fluidique)

Développement des contrôleurs robustes

Titre du stage : Commande d’un robot hybride, composé d’un porteur rigide de type 6R équipé d’un bras souple, utilisé pour l’échographie robotisée

Contexte

Les robots souples offrent une plus grande compliance que les robots rigides et permettent ainsi une interaction plus sûre avec l’environnement, en particulier avec l’humain. Cependant, contrairement aux robots rigides, plus simples à modéliser et à commander, ils présentent deux limitations majeures : une faible capacité en effort et une modélisation dynamique complexe qui complique leur commande.

Plutôt que de chercher à compenser isolément chacune de ces limites, nous faisons l’hypothèse qu’une architecture hybride combinant un robot rigide et un bras souple, intégrés dans une boucle de téléopération avec retour d’effort, permet d’exploiter la complémentarité des deux approches. La précision et la capacité de charge du robot rigide combinées à la souplesse et la sûreté du robot souple devraient permettre d’atteindre des performances inaccessibles à chacun des éléments pris séparément.

Le développement de lois de commande adaptées aux manipulateurs souples constitue un enjeu central du projet, du fait du comportement fortement non linéaire des éléments souples. Il repose sur la capacité à établir un modèle du système souple conforme et sur la disponibilité de l’état de ce système, dont certaines composantes ne sont pas directement mesurables. L’identification et l’estimation des paramètres est indispensable pour maintenir la fidélité du modèle, intégrant de plus la possibilité que ces paramètres puissent varier dans le temps. De façon complémentaire les changements de modèles au cours du temps, et la question de leur commutation au sein d’une même boucle de commande temps réel, dont la stabilité doit être préservée, constitue un défi majeur.

Objectifs

• Proposer une méthode d’identification/estimation des paramètres du système global (robot rigide & bras souple).

o Une première approche sera d’estimer les paramètres du comportement de la seule partie souple et d’établir le modèle du système en intégrant un modèle dynamique standard de la partie rigide.

o Une seconde approche sera d’estimer le comportement global du système global.

• Concevoir des lois de commande robustes, assurant la stabilité et la transparence de la boucle de téléopération.

o Différentes lois de commande applicables dans ce contexte sont à explorer (commande prédictive basée modèle MPC, commande basée apprentissage, etc.).

o Les approches retenues seront validées en simulation puis via expérimentation sur dispositif robotique réel.

Master (ou équivalent) en automatique, systèmes de contrôle, robotique, mécatronique, génie électrique ou dans un domaine étroitement lié.