Les robots rigides présentent de nombreux inconvénients lorsqu’ils fonctionnent dans des environnements dynamiques et fragiles et par conséquent, les robots déformables ont été un engin émergent qui a été graduellement étudié par les chercheurs afin de surmonter ces limitations et de faire face à de nouvelles applications robotiques. Les robots déformables sont fabriqués à partir de matériaux souples et flexibles, ce qui leur permet d’avoir plusieurs caractéristiques telles qu’une grande dextérité, des collisions prudentes et sans danger ainsi qu’une flexibilité importante. Toutes ces fonctionnalités offrent de nombreux avantages pour différentes applications, notamment l’exploration de l’environnement et les opérations médicales. Cependant, en raison de leur conformité naturelle, la modélisation des robots souples est plus complexe que celle des robots rigides, car les robots déformables comportent un nombre élevé de degrés de liberté, leur déformation est non linéaire et ils sont caractérisés par des lois mécaniques différentes de celles des robots rigides. Par conséquent, des problèmes scientifiques tels que la détermination de l’espace de travail et l’optimisation de la conception des robots déformables émergent et avec eux les possibilités de nouvelles contributions dans le domaine de la robotique souple. L’évaluation de l’espace de travail offre de nombreux avantages pour différentes applications de la robotique souple principalement liées à leur conception et à leur contrôle. En conséquence, cette thèse étudie l’estimation de l’espace de travail et l’optimisation de la conception des robots souples. Afin d’accomplir cette tâche, on propose deux méthodes différentes pour la modélisation des robots déformables, la première est la méthode de déformation constante par morceaux (PCS), qui est utilisée pour la modélisation des robots déformables avec une géométrie continue et la deuxième est la méthode des éléments finis (FEM), qui est utilisé pour la modélisation des robots déformables avec une géométrie générale. Ensuite, basée sur ces modèles mathématiques, cette thèse propose différentes méthodologies pour estimer l’espace de travail des robots souples. Deux stratégies ont été proposées pour l’estimation de l’espace de travail, la première consiste à discrétiser l’espace des entrées (actionneurs), et la deuxième consiste à discrétiser l’espace des sorties (l’effecteur du robot). Cependant, la première stratégie est inefficace, car elle dépend de la dimension des actionneurs et celle-ci varie en fonction de la configuration du robot déformable étudiée. En revanche, la seconde stratégie présente une méthodologie stable et efficace pour l’estimation de l’espace de travail puisque l’espace de l’effecteur est toujours constant (inférieur ou égal à 3, si nous nous concentrons sur l’aspect position de l’espace de travail), quelles que soient la configuration du robot souple étudié et la dimension des actionneurs. Les approches proposées pour l’estimation de l’espace de travail ont ensuite été appliquées aux deux modèles mathématiques adoptés et validées à l’aide de différentes configurations de robots déformables. Enfin, cette thèse propose une approche d’optimisation basée sur les modèles mathématiques adoptés pour optimiser la conception des robots souples afin d’atteindre certains objectifs spécifiques.
M. Pierre RENAUD INSA Strasbourg Examinateur M. Sébastien BRIOT CNRS Nantes Rapporteur M. Philippe FRAISSE LIRMM Examinateur Mme Jessica BURGNER-KAHRS University of Toronto, Canada Examinatrice M. Alexandre KRUSZEWSKI Centrale Lille Co-directeur de thèse M. Guillaume LAURENT ENSMM Rapporteur M. Gang ZHENG INRIA Lille Invité
Thèse de l'équipe DEFROST soutenue le 28/02/2022
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