Asservissement stable et précis de robots à articulations flexibles lors de fortes interactions avec des environnements dynamiques difficiles à modéliser

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L’objectif à long terme du programme proposé est d’améliorer la stabilité et la précision des manipulateurs à articulations flexibles soumis à de fortes interactions avec des environnements dynamiques difficiles à modéliser. Le programme se divise en trois volets: Volet 1: Proposer une stratégie de commande pour atteindre les objectifs à long terme du programme, mais uniquement pour les robots sériels à articulations flexibles non redondants. Volet 2: Proposer une stratégie de commande pour atteindre les mêmes objectifs que le volet 1, mais pour les robots parallèles à câbles avec articulations flexibles. Volet 3: Proposer une stratégie de commande qui améliore la stabilité des contrôleurs par admittance non-linéaire lors d’interaction entre humains et robots à articulations flexibles. Volet 1: Les contrôleurs robotiques adaptatifs et robustes seuls, sont peu efficaces lors de fortes interactions avec des environnements dynamiques difficiles à modéliser. D’une part, les perturbations dynamiques ne sont pas prises en compte dans l’adaptation et d’autre part, les commandes robustes exigent souvent des efforts de commande inacceptables en pratique. Ces forces d’interactions peuvent cependant être estimées par des algorithmes complémentaires à la loi de commande. Jusqu’à récemment, les estimateurs de perturbation pouvaient difficilement être appliqués aux systèmes non-linéaires. Grâce à une formulation par inégalités matricielles linéaires (IMLs), la stabilité d'un observateur de perturbation non-linéaire est depuis peu assurée pour l'ensemble des robots rigides. Cet observateur non-linéaire sera reformulé pour tenir compte de la flexibilité des articulations. Il sera par la suite combiné à une structure de commande qui assure la passivité du système grâce à un ensemble d'IMLs. Ces IMLs seront combinées à celles de l'observateur de perturbation de façon à obtenir une formulation unifiée qui assure la stabilité de tout le système. La structure de commande sera validée sur un robot de l’institut de recherche d’Hydro-Québec destiné à la réfection des barrages hydroélectriques. Volet 2: Les robots parallèles à câbles peuvent être asservis de façon similaire aux robots sériels et parallèles, à l’exception près que les câbles ne peuvent que tirer sur la charge; ce qui nécessite qu’il y ait redondance des actionneurs. Pour atteindre l'objectif du volet 2, la commande de position des robots à câble s’appuiera sur une structure similaire à celles proposées dans le Volet 1. La formulation du problème de redondance avec force positive pourra alors être combinée à celle de la stabilisation de l’observateur de perturbation et du contrôleur par l’entremise d’un ensemble d’IMLs. La structure de commande sera validée à l’aide d’un robot à câble à 6 degrés de liberté développé dans notre laboratoire. Volet 3: Lors d’interaction entre humains et robots, la stabilité du système peut être assurée lorsque le robot, son contrôleur et une admittance choisie sont passifs. Une commande à admittance non-linéaire sera alors choisie de façon à adoucir l’interaction entre le robot et l'humain selon son intention. Puis, une loi d’adaptation de l’admittance sera proposée de façon à minimiser la différence entre l’admittance choisie et celle adaptée tout en respectant la condition de passivité. La commande d’admittance adaptative sera validée grâce à un robot destiné à la prise d’échographie 3D développé dans notre laboratoire en collaboration avec des chercheurs de l'Hôpital Notre-Dame. Ce robot, destiné à évaluer la maladie occlusive des membres inférieurs, pourrait permettre une économie importante pour le système de santé canadien. Ce programme contribuera à la formation de 3 étudiants de doctorat et 1 étudiant de maitrîse.