Modélisation et programmation d’un robot anthropomorphe à 7 degrés de liberté actionné par muscles artificiels pneumatiques

Un robot de service est un systeme robotique complexe qui accomplit des tâches de service, interagit avec son environnement et garantit une interaction sure et fiable avec les etres humains. Dans ce contexte, les travaux de cette these portent sur un bras de robot qui conserve des proprietes inherentes au bras humain comme sa legerete, sa flexibilite, sa souplesse articulaire, mais surtout sa capacite naturelle de contact. D'un point de vue general, l'objectif de cette these est la mise en service d'un bras de robot anthropomorphe a 7 degres de liberte, actionne par des muscles artificiels pneumatiques. Plus precisement, nous examinons les modeles geometriques direct et inverse du bras de robot. L'etablissement de ces modeles est precede par le developpement d'un outil graphique de simulation. La validation des modeles geometriques du robot est accomplie par l'execution de tâches courantes, en mode de teleoperation, comme par exemple, le suivi d'une trajectoire en maintenant un contact souple ou bien la manipulation d'objets fragiles. En resume, les principales contributions de cette these portent sur la commande de l'actionneur a une paire de muscles artificiels pneumatiques. Le correcteur PID, PID avec un terme d'anticipation et la commande a structure variable sont etudies sur deux des articulations du bras de robot. Les resultats experimentaux obtenus permettent d'analyser les effets de la gravite et l'influence du couplage entre les articulations. Finalement, ce travail de these conclut par une discussion sur les aspects informatiques de la plateforme robotique ainsi qu'une reflexion sur les perspectives d'evolution du controleur de robot. -------------------------------------------------------------A service robot is a complex robotic system that accomplishes the tasks of service, interacts with its environment and guaranties an interaction sure and reliable with human beings. This thesis describes about an anthropomorphic robot arm of 7 degrees of freedom driven by pneumatic artificial muscles called McKibben. Robot actuation using pneumatic artificial muscles is suitable for service robot applications because they provide the robot with an articular flexibility, lightness and a natural compliance in close analogy with the human body. In general, the objective of this thesis is put in operation the anthropomorphic robot arm. More precisely, we examine the direct and inverse kinematic models of the robot. The implementation of these models is first analyzed by the development of a computerized graphic simulation tool. By applying the kinematic models, the execution of simple tasks in teleoperation mode such as, a trajectory tracking under soft contact and the manipulation of fragile objects is validated. However, the main contribution of this thesis is the automatic control of the pneumatic artificial muscle actuator. A PID, a feed-forward PID controller and a variable structure control system are studied. Corresponding experimental results show the effects of the gravity and the influence of the mechanical coupling between the articulations of the anthropomorphic robot arm. Finally, this work concludes with a discussion on the computer aspects of the platform as well as a consideration of the evolution of the robot control architecture.