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LA PLANIFICATION DE MOUVEMENTS OPTIMAUX DE ROBOTS MANIPULATEURS EST UN PROBLEME COMPLEXE QUI NECESSITE LA PRISE EN COMPTE DE CONTRAINTES GEOMETRIQUES, CINEMATIQUES ET TECHNOLOGIQUES. POUR CERTAINES APPLICATIONS, LA SPECIFICATION DU MOUVEMENT D'UNE PARTIE DU SYSTEME MECANIQUE EST REQUISE. UN TEL IMPERATIF PEUT SE TRADUIRE SOUS FORME DE CONTRAINTES CINEMATIQUES IMPOSANT DES LOIS DE MOUVEMENT AU NIVEAU DE CERTAINES ARTICULATIONS. DANS CETTE PERSPECTIVE, NOUS AVONS ETE AMENES A COMBINER, DANS UN MEME PROCESSUS D'OPTIMISATION DYNAMIQUE, DES MOUVEMENTS LIBRES ET DES MOUVEMENTS SPECIFIES, DE FACON A OPTIMISER LE MOUVEMENT D'ENSEMBLE DU SYSTEME MECANIQUE. CETTE APPROCHE CONDUIT A UNE CONFIGURATION D'ETUDE REDUITE AUX SEULS PARAMETRES ARTICULAIRES LIBRES. LA DYNAMIQUE DU SYSTEME MECANIQUE COMPLET EST REGIE PAR UNE EQUATION D'ETAT NON-AUTONOME D'UN TYPE PARTICULIER QUI DEPEND NON SEULEMENT DES VARIABLES DE PHASE ET DU TEMPS COURANT, MAIS AUSSI DE LA DUREE DE TRANSFERT OPTIMALE INCONNUE. LE PROBLEME D'OPTIMISATION DYNAMIQUE TRAITE REPOSE SUR LA MINIMISATION D'UN CRITERE DE PERFORMANCE MIXTE DUREE-COMMANDE, DANS LE RESPECT DES LIMITATIONS TECHNOLOGIQUES. CE PROBLEME CONTRAINT EST CONVERTI EN UN PROBLEME DIFFERENTIEL AVEC CONDITIONS AUX LIMITES EN DEUX POINTS, PAR APPLICATION DU PRINCIPE DU MAXIMUM DE PONTRIAGUINE. LA FORME PARTICULIERE DU MODELE DYNAMIQUE OBTENU CONDUIT A LA FORMULATION DE CONDITIONS NECESSAIRES D'OPTIMALITE NOUVELLES. DIVERS EXEMPLES DE TRANSFERTS, A ETATS INITIAL ET FINAL DONNES, SONT TRAITES. A TRAVERS CEUX-CI, DIFFERENTES CONTRAINTES CINEMATIQUES ONT ETE TESTEES ET LES MOUVEMENTS OBTENUS REPONDENT DE FACON SATISFAISANTE AUX OBJECTIFS FIXES. DES EXEMPLES DE SAISIE D'OBJETS A LA VOLEE SONT EGALEMENT PRESENTES. L'INSTANT DE LA SAISIE, SA LOCALISATION ET LA CONFIGURATION DU ROBOT A CE MOMENT-LA, SONT DETERMINES PAR LE PROCESSUS D'OPTIMISATION, DE FACON A REALISER UNE SAISIE SANS PROVOQUER D'ARRET RELATIF ENTRE L'OBJET ET LA BASE DU MANIPULATEUR
LES ROBOTS MANIPULATEURS SONT DES GENERATEURS DE MOUVEMENTS AU COMPORTEMENT DYNAMIQUE COMPLEXE, DONT L'AMELIORATION DES PERFORMANCES DYNAMIQUES PASSE PAR UNE OPTIMISATION DU MOUVEMENT PLANIFIE EN TERMES D'EFFORTS DE COMMANDE NOTAMMENT. CETTE APPROCHE NE PEUT ETRE DEVELOPPEE QUE SUR LA BASE D'UNE MAITRISE THEORIQUE ET NUMERIQUE DE LA DYNAMIQUE DU SYSTEME. LE PROBLEME D'OPTIMISATION DYNAMIQUE TRAITE DANS CE MEMOIRE REPOSE AINSI SUR L'INTRODUCTION D'UN MODELE DYNAMIQUE DU SYSTEME ET SUR LA MINIMISATION D'UN CRITERE DE PERFORMANCE A CONTENU STHENIQUE OU ENERGETIQUE. CETTE FORMULATION S'ACCOMPAGNE DE CONTRAINTES IMPOSANT LE RESPECT DE LIMITATIONS TECHNOLOGIQUES ET DE CONTRAINTES LIEES A L'ESPACE DE TRAVAIL (CONTRAINTES D'EVITEMENT D'OBSTACLES). LA METHODE DE RESOLUTION PROPOSEE CONSISTE EN LA CONVERSION DU PROBLEME D'OPTIMISATION EN UN PROBLEME DIFFERENTIEL AVEC CONDITIONS AUX LIMITES AUX DEUX BOUTS OBTENU PAR APPLICATION DU PRINCIPE DU MAXIMUM DE PONTRIAGUINE ET PAR LA MISE EN UVRE DE METHODES DE PENALITES. UN CHOIX ELARGI DE CRITERES DE PERFORMANCES, A LAGRANGIENS REGULIERS ET NON-REGULIERS EST PROPOSE. CHACUN DE CES CRITERES REPRESENTE DES COUTS DIFFERENTS A MINIMISER : DUREE DE TRANSFERT, NORMES QUADRATIQUES OU ABSOLUES DE LA COMMANDE ACTIONNEUR OU DES PUISSANCES ARTICULAIRES, ET PERMET AINSI D'ENGENDRER DES ALLURES DE MOUVEMENTS CARACTERISTIQUES. UN PROCEDE DE REGULARISATION DE CRITERES NON-REGULIERS PROPRES A ENGENDRER DES COMMANDES OPTIMALES DE TYPE BANG-BANG OU BANG-OFF-BANG EST INTRODUIT, PERMETTANT AINSI LA PRISE EN COMPTE DE TELS CRITERES AU MOYEN DE LA METHODE DE RESOLUTION DEVELOPPEE, ASSURANT AINSI LA GENERALITE DE L'APPROCHE PROPOSEE. LES CONTRAINTES D'EVITEMENT D'OBSTACLES SONT PRISES EN COMPTE AU MOYEN DE DIFFERENTES METHODES DE PENALITES, CHACUNE D'ENTRE ELLES ABOUTISSANT A UN MODE D'EVITEMENT REQUIS DE L'OBSTACLE. LES PROBLEMES TRAITES SONT RELATIFS A DES OBSTACLES TYPES ET A DES MODES D'EVITEMENT DEFINIS PAR DES FONCTIONS DE CONTRAINTES ADAPTEES.
DEVELOPPEMENT D'UN LOGICIEL SPECIFIQUE EN LANGAGE FORTRAN 77 POUR L'OPTIMISATION DYNAMIQUE DE TRAJECTOIRE DE ROBOT ALLANT D'UNE POSITION DONNEE A UNE AUTRE FIXEE PENDANT UN TEMPS OPPOSE. LE CRITERE A MINIMISER PORTE SUR LES EFFORTS MOTEURS ET/OU LES FORCES DE LIAISON AUX ARTICULATIONS DU ROBOT
AFIN DE REDUIRE LES TEMPS DE CYCLE, LES CHERCHEURS EN ROBOTIQUE ONT TRAVAILLE SUR DIFFERENTS PROBLEMES D'OPTIMISATION. L'APPROCHE CLASSIQUE UTILISE LES NOTIONS DE GENERATION DE TACHES, DE GENERATION DE CHEMINS, DE GENERATION DE MOUVEMENT ET FINALEMENT CELLE DE LA COMMANDE PROPREMENT DITE. NOTRE ETUDE PORTE SUR LA GENERATION DE MOUVEMENT. LES PREMIERES ETUDES PRENAIENT EN COMPTE LES VITESSES ET ACCELERATIONS ARTICULAIRES MAXIMALES, DONC DES CONTRAINTES DETERMINEES DE FACON EXPERIMENTALE POUR DES CONFIGURATIONS PENALISANTES DU ROBOT. LES SOLUTIONS APPORTEES SONT DONC SOUS-OPTIMALES MAIS D'UN EMPLOI TRES AISE. LE SUIVI DE TRAJECTOIRE ETANT LIE A LA DYNAMIQUE DU ROBOT, IL EST PREFERABLE DE TENIR COMPTE DES LIMITATIONS SUR LES COUPLES. LE SUJET DE CETTE THESE EST LA RECHERCHE DES MOUVEMENTS OPTIMAUX DE TRAJECTOIRES RELIANT UN CERTAIN NOMBRE DE POINTS DONNES DANS L'ESPACE ARTICULAIRE OU L'ESPACE OPERATIONNEL, SOUS CONTRAINTES TECHNOLOGIQUES. APRES AVOIR DECRIT LES MODELES UTILISES EN ROBOTIQUE, NOUS INCORPORONS AU MODELE DYNAMIQUE DU ROBOT LES CONTRAINTES ELECTRIQUES ET THERMIQUES DE L'ENSEMBLE CONVERTISSEURS-MACHINES. CES CONTRAINTES SONT ECRITES POUR DES MOTEURS A COURANT CONTINU. POUR DES TRAJECTOIRES POLYNOMIALES FONCTION DU TEMPS, LA DUREE DE PARCOURS EST CALCULEE POUR SATISFAIRE LES CONTRAINTES TECHNOLOGIQUES. NOUS REECRIVONS LE PROBLEME POUR LE RAMENER A LA RESOLUTION D'EQUATIONS POLYNOMIALES OU L'INCONNUE EST LE TEMPS DE PARCOURS DE LA TRAJECTOIRE. UN LOGICIEL DE CALCULS FORMELS PERMET DE DONNER UNE SOLUTION ANALYTIQUE POUR CHACUNE DES CONTRAINTES. LA GENERALISATION A PLUSIEURS POINTS DE PASSAGE NECESSITE L'OPTIMISATION DES VITESSES ET ACCELERATIONS ARTICULAIRES EN CES POINTS. DE MEME, UNE TRAJECTOIRE DEFINIE DANS L'ESPACE CARTESIEN UTILISE LES MODELES GEOMETRIQUE ET CINEMATIQUES INVERSES. L'OPTIMISATION FONCTIONNELLE CONDUIT A UN PROBLEME NON LINEAIRE ET DE GRANDE TAILLE, AVEC DES TEMPS DE CALCUL LONGS ET UNE SOLUTION SOUS FORME DE TABLEAU. LA METHODE AVEC POLYNOMES TEMPORELS, PLUS ADAPTEE D'UN POINT DE VUE UTILISATEUR, A FAIT L'OBJET D'UNE IMPLANTATION SUR LE ROBOT DEUX AXES DU LABORATOIRE D'AUTOMATIQUES DE NANTES
Cette thèse présente deux nouvelles architectures de commande pour les interactions physiques humain-robot (pHRIs). Ces architectures sont spéciquement développées dans une vision d'implantation en industrie pour les manipulations d'assemblage. En effet, deux types de robots collaboratifs adaptés à dfférentes contraintes de l'industrie et ayant des interfaces d'interactions physiques différentes sont étudiés en utilisant chacun leur propre architecture de commande. Le premier robot collaboratif développé est un manipulateur entièrement actionné permettant des pHRIs dans son espace libre, c.-à-d., des interactions unilatérales, et des pHRIs lorsque ses mouvements sont contraints par un environnement quelconque, c.-à-d., des interactions bilatérales. Les interactions de l'humain peuvent s'effectuer sur n'importe quelles parties du robot grâce aux capteurs de couples dans les articulations. Cependant, si une amplication des forces de l'humain sur l'environnement est désirée, alors il est nécessaire d'utiliser le capteur d'efforts supplémentaire attaché au robot. Ceci permet à la commande, en combinant les lectures du capteur d'efforts à l'effecteur, d'utiliser le ratio des forces appliquées indépendamment par l'opérateur et par l'environnement an de générer l'amplication désirée. Cette loi de commande est basée sur l'admittance variable qui a déjà démontré ses bénéces pour les interactions unilatérales. Ici, l'admittance variable est adaptée aux interactions bilatérales an d'obtenir un seul algorithme de commande pour tous les états. Une loi de transition continue peut alors être dénie an d'atteindre les performances optimales pour chaque mode d'interaction qui, en fait, nécessitent chacun des valeurs de paramètres spéciques. Le cheminement et les résultats pour arriver à cette première architecture de commande sont présentés en trois étapes. Premièrement, la loi de commande est implémentée sur un prototype à un degré de liberté (ddl) an de tester le potentiel d'amplication et de transition, ainsi que la stabilité de l'interaction. Deuxièmement, un algorithme d'optimisation du régulateur pour les interactions bilatérales avec un robot à plusieurs ddls est développé. Cet algorithme vérie la stabilité robuste du système en utilisant l'approche des valeurs singulières structurées (- analysis), pour ensuite faire une optimisation des régulateurs stables en fonction d'une variable liée à la conguration du manipulateur. Ceci permet d'obtenir une loi de commande variable qui rend le système stable de façon robuste en atteignant des performances optimales peu iii importe la conguration des articulations du robot. La loi de commande trouvée utilise un séquencement de gain pour les paramètres du régulateur par admittance durant les interactions bilatérales. La stabilité et la performance du système sont validées avec des tests d'impact sur différents environnements. Finalement, la loi de commande en admittance variable optimale est implémentée et validée sur un robot manipulateur à plusieurs ddls (Kuka LWR 4) à l'aide de suivis de trajectoire pour des interactions unilatérales et bilatérales. Le deuxième robot collaboratif développé est un manipulateur partiellement actif et partiellement passif. L'architecture mécanique du robot est appelée macro-mini. Tous les degrés de liberté actionnés faisant partie du macro manipulateur sont doublés par les articulations passives du mini manipulateur. Le robot est alors sous-actionné. L'opérateur humain interagit uniquement avec le mini manipulateur, et donc, avec les articulations passives ce qui élimine tous délais dans la dynamique d'interaction. Ce robot collaboratif permet de dénir une loi de commande qui génère une très faible impédance lors des interactions de l'opérateur, et ce, même pour des charges utiles élevées. Malgré que des amplications de force ne peuvent être produites, les interactions bilatérales ont une stabilité assurée peu importe la situation. Aussi, les modes coopératif et autonome du robot utilisent les mêmes valeurs de paramètres de commande ce qui permet une transition imperceptible d'un à l'autre. La nouvelle loi de commande est comparée sur plusieurs aspects avec la commande en admittance variable précé- demment développée. Les résultats démontrent que cette nouvelle loi de commande combinée à l'architecture active-passive du macro-mini manipulateur, appelé uMan, permet des interactions intuitives et sécuritaires bien supérieures à ce qu'un système entièrement actionné peut générer. De plus, pour l'assistance autonome, une détection de collision avancée et une plani cation de trajectoire adaptée à l'architecture du robot sont développées. Des validations expérimentales sont présentées an d'évaluer la facilité à produire des manipulations nes, de démontrer la sécurité du système et d'établir la viabilité du concept en industrie.
Winner of the Association of American Publishers Professional and Scholarly Publishing Award for Computer Science Over the course of several decades, the Pentagon's Information Processing Techniques Office (IPTO) helped transform computing from a cumbersome enterprise based on batch processing to the instantly interactive, graphically rich, highly intelligent computing of today. With the purpose of improving command and control systems for the military, IPTO researchers strengthened time-sharing, laid the groundwork for graphics and parallel processing, contributed to the study of artificial intelligence, and developed the wide-area network that came to be known as the Internet. Transforming Computer Technology examines these and other developments at the Defense Department's Advanced Research Projects Agency in its heyday between 1962 and 1986. The authors show how Pentagon programs affected significant developments in both computer science and engineering. They analyze the management of the office, the origins and growth of important IPTO programs, and the interaction of the staff with the R & D community. They pay special attention to IPTO's role in executing research at the leading edge of computing and networking and in working with the military to transfer that research into practical use. And they show how, by the 1990s, the research results had been assimilated into systems both for the military and for civilian society.
Internet Dreams illuminates not only how "the Net" is being created, but also stories about ourselves as our lives become electronically interconnected. Stefik explores some of the most provocative writings about the Internet to tease out the deeper metaphors and myths. 24 illustrations.