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Du côté des labos
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Rabbit, prototype français
de robot bipède marcheur et coureur
par Christophe Jacquemin 15/04/04
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Voir
un robot marcher sur deux jambes est toujours un moment fascinant.
Démarche copiant la notre, morceau de ferraille prenant
soudain vie. Depuis que la faisabilité technologique
des robots marcheurs a été démontrée
ces dernières années, l'utilité de la
robotique "à pattes"(1)
est désormais considérée comme
indéniable. Le Japon particulièrement - mais
aussi les USA - y investissent des ressources humaines et
économiques considérables(2),
conscients de futures applications dans le domaine : prothèses
intelligentes, robot fantassin, robot d'intervention en milieu
hostile, robot dédié à la surveillance
dans des bâtiments... Dans ces domaines, l'agilité
du robot erectus dressé sur ses deux jambes peut s'avérer
incomparable... Cela dit, et en dépit de nombreux prototypes,
l'utilisation des bipèdes dans ces applications reste
encore un objectif plus qu'un fait de la vie courante, ceci
provenant en partie de la complexité du problème
de commande inhérente à ce type de robotique.
Dans le cadre du programme ROBEA (robotique et entités
artificielles) initié par le CNRS(3),
le laboratoire d'automatique de Grenoble développe
son prototype, Rabbit, avec pour objectif scientifique
de mettre au point des méthodes et des outils théoriques
permettant de faire marcher et courir un robot bipède,
et de les valider expérimentalement.
L'équipe (constituée de membres de 7 différents
laboratoires) s'est axée sur un robot possédant
3 à 7 degrés de liberté (selon la phase
du mouvement). L'approche est ici originale, sachant que la
plupart des projets portant sur les structures bipèdes
en France et à l'étranger concernent des robots
à plus de 15 degrés de liberté, équipés
de pieds avec des chevilles de type cardans motorisées,
marchant lentement dans un environnement 3D.
Avec Rabbit, dont la finalité est aussi de courir,
l'équilibre statique du robot n'est pas souhaité
à chaque instant (ce qui est souvent le cas pour les
robots humanoïdes). Au contraire, les phases de déséquilibre
sont recherchées pour obtenir une marche dynamique.
Ceci passe par la prise en compte correcte des effets de la
gravité, cette dernière devant agir pour aider
au déplacement du robot au lieu d'être une gêne.
Si la commande du robot n'est pas en harmonie avec l'action
de la gravité, celui-ci peut en phase de simple appui,
basculer vers l'avant ou vers l'arrière en rotation
autour d'une des extrémités du pied d'appui.
Ce phénomène est d'autant plus important que
la dimension du pied est petite. Ainsi, pour mettre en évidence
le rôle de la gravité et les mouvements du robot
qu'elle engendre, l'étude porte sur un robot avec des
pieds de longueur nulle : aucun couple ne peut être
appliqué au niveau des chevilles.
Le système en appui sur un pied est volontairement
sous-motorisé. L'articulation entre le sol et la jambe
étant passive, le mouvement global du robot ne peut
pas être directement défini par la commande.
La recherche est particulièrement orientée vers
l'obtention d'une marche efficace, correspondant à
des dépenses énergétiquement faibles,
point d'importance lorsque l'on considère un robot
marcheur dont l'autonomie conditionne les capacités
de déplacement et d'intervention.
Le
robot se présente ici comme une structure planaire
composée d'un tronc et de deux jambes motorisées
aux hanches et aux genoux. Le contact entre pied et sol est
ponctuel. Pour limiter le mouvement à une évolution
sur le plan, le robot est maintenu par une tige autour d'un
poteau central et est libre en rotation autour de la tige.
La tige est instrumentée pour que la position d'un
point du tronc soit connue à chaque instant en phase
de vol.
Avec une telle structure (volontairement simple), et qui peut
supporter des chocs conséquents, l'objectif est de
mieux se concentrer sur le rôle que joue la gravité
dans la marche et lors de la course, prendre mieux en compte
le problème de l'effet des impacts avec les sols ou
encore celui de la commutation des modèles du robot
selon qu'il se trouve en double appui, appui simple ou vol,
et d'aborder le problème de l'unilatéralité
des forces de contact. Rabbit permet en effet de s'affranchir
des difficultés techniques rencontrées sur les
humanoïdes complexes : complexité numérique
inhérente à un nombre d'articulations important,
modélisation 3D du robot et celle des efforts de contact,
décomposition en nombreuses phases selon le type de
contact avec le sol...
Après réalisation complète du projet,
l'équipe souhaite ensuite rapprocher ses travaux avec
ceux menés sur des humanoïdes plus complexes afin
de proposer des commandes efficaces adaptées.
(1)
L'avantage des robots marcheurs sur les robots
mobiles à roues est qu'ils se déplacent mieux
que ces derniers dans les environnements encombrés
(le contact intermittent entre le robot et le sol permet de
franchir les obstacles plus facilement). 
(2)
Voir notre article
: Robots
japonais de nouvelle génération : stratégies
et opportunités
(3)
Le programme national Robotique et entités artificielles
(ROBEA) a pour objectif de relancer la recherche française
en robotique avec une dimension interdisciplinaire impliquant
les sciences de l'information, les sciences de la vie, les
sciences cognitives ainsi que les sciences humaines…
Depuis sa création en avril 2001, 32 projets ont été
soutenus, sur une période de 2 à 3 ans, impliquant
quelque 150 chercheurs. (http://www.laas.fr/robea/).
Pour
en savoir plus :
Site de présentantion du projet Rabbit : http://robot-rabbit.lag.ensieg.inpg.fr/
Vidéos
du robot en action : http://robot-rabbit.lag.ensieg.inpg.fr/Videos/mars2003.html
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