Towards dynamic shape control of mobile soft continuum manipulators : parametric curve-based approach

Abstract

De nos jours, les robots déformables et continuum sont de plus en plus utilisés dans la vie quotidienne (logistique, agriculture, thérapie médicale, pâtisserie, collaboration humaine, …etc.) en raison des multiples avantages qu’ils offrent par rapport aux robots rigides. Ils sont souvent constitués de matériaux déformables et hyper-élastiques qui leur confèrent les propriétés de résilience, flexibilité et de compliance, ce qui en fait de très bons candidats pour répondre à certains besoins pratiques (préhension par conformité, navigation avec évitement d'obstacles, …etc. Cependant, l'asservissement de leur forme reste un défi majeur pour la communauté scientifique en raison de leur très grand nombre de degrés de liberté (DoFs). Malheureusement, il n’est physiquement pas possible d'asservir tous les degrés de liberté pour piloter le mouvement 3D du robot. Dans l’optique de résoudre ce problème, les présents travaux de recherches traitent de la commande de la forme basée sur un modèle d’ordre réduit utilisant des courbes paramétriques à Hodographe Pythagoricienne. L’approche proposée permet de décrire la cinématique d’ordre élevé des robots déformables et continuum via un ensemble de points finis appelés points de contrôle. Ainsi, la dimension de leur contrôle peut être réduite à celle de cet ensemble de points de contrôle finis. De plus, afin d’aborder les problématiques d’adaptabilité de forme lors d’interactions externes (tâche de préhension, trajectoire avec évitement d'obstacles, perturbations spatio-temporelles, …etc.), les mouvements des points de contrôle (cinématique de la forme) ont été décrits en fonction des entrées physiques réelles en considérant la théorie d’Euler-Bernoulli (EB) en grandes déformations. Des validations expérimentales ont été effectuées sur plusieurs classes de robots déformable et continuum dans divers scénarios : Actionneurs élastomères fluides (FEA) pour le contrôle des tâches de préhension et un Robotino-XT pour le commande de la planification des mouvements avec évitement des obstacles.