CRAN - Campus Sciences
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Sujet de Thèse : Modélisation et Commande des robots à câbles.
Dates : 2017/10/01 - 2020/09/30
Directeur(s) CRAN : Mohamed BOUTAYEB
Autre(s) Directeur(s) : CR-CNRS Martinez Dominique
Description : Le sujet de thèse que nous proposons s’inscrit dans le cadre de la collaboration scientifique entre le LORIA et le CRAN sur la robotique «
bio-inspirée », porté par D. Martinez (CR-CNRS au LORIA-UL) et M. Boutayeb (Prof. au CRAN-UL). Il s’agit de réaliser un système robotisé
afin d’étudier le comportement des insectes en vol libre, à travers des systèmes d’enregistrements électro physiologiques embarqués.

Une des activités de recherche développée au LORIA, concerne l’utilisation des insectes comme modèle d’étude et source d’inspiration
pour la robotique autonome. En particulier l’étude des mécanismes de contrôle du vol battu et les stratégies de recherche olfactive
adoptée par les papillons dans les panaches turbulents car ces deux problèmes offrent des perspectives applicatives intéressantes.
Citons entre autres les micro-véhicules aériens utilisant des ailes battantes ou les robots autonomes capables de rechercher des fuites de
gaz toxiques. Pour développer ces futures applications en robotique dite "bio-inspirée", une recherche plus fondamentale sur la
compréhension des bases neuronales du comportement chez l’insecte est essentielle. Cependant, l'enregistrement sur des insectes
volants qui n’ont qu'une charge utile très faible n’est pas envisageable avec la technologie actuelle. Le but de cette thèse est de lever
plusieurs verrous scientifiques et technologiques. Nous développerons un dispositif robotisé permettant des enregistrements électro
physiologiques sur un insecte en vol libre en déplaçant à chaque instant le dispositif d’enregistrement pour rester au plus près de
l’insecte. Dans ce but, nous proposons une approche unique où un robot à câbles réputé pour sa grande vitesse et son extrême
précision est utilisé pour enregistrer des signaux biologiques (activités neuromusculaires et antennaires) et suivre des insectes en vol
libre.
Les défis scientifiques et technologiques sont multiples. En effet, le comportement dynamique de la cage (« flying frame » dans le schéma
ci-dessus) est décrit par des équations différentielles non linéaires complexes et de grande dimension à six degrés de liberté avec des
contraintes très fortes sur les tensions des câbles pour éviter la cassure de ces derniers. Dans un premier temps, le candidat doit établir
un modèle de comportement de l’ensemble robot-cage et construire un code de simulation afin d’analyser les différents scénarios.
Ensuite valider et, éventuellement, corriger ce modèle à travers des essais expérimentaux. La seconde phase de la thèse, portera sur le
développement de lois de commande tenant compte des contraintes sur la tension des câbles de façon continue dans le temps tout en
assurant une poursuite de trajectoires, celles des insectes, inconnues à l’avance. Vu la complexité du système et le nombre restreint des
capteurs utilisés, les lois de commande devront garantir une robustesse par rapport aux incertitudes et retards de transmission. Les
résultats obtenus doivent être validés par un code de simulation à travers l’évaluation des performances en termes de poursuite de
trajectoires, précision, robustesse et temps de calcul. La dernière phase, concerne la mise en œuvre sur un robot à câbles qui sera réalisé
au sein de la fédération Charles Hermite.
Mots clés : modélisation-commande-robot-systèmes non linéaires
Conditions : Durée de la thèse 36 mois
Bourse du gouvernement Pakistanais
Profil : Automaticien-Roboticien
Département(s) :
Contrôle Identification Diagnostic
Financement : Bourse du gouvernement Pakistanais