CandidatCédric Favre ProfesseurReymond Clavel AssistantsYves Stauffer Ludovic Righetti

 Introduction ◦ But du projet ◦ Déroulement du projet ◦ Présentation de Webots  Partie Visuelle ◦ Modélisation de l’humanoïde ◦ Mouvements ◦ Résultat (démonstration)  Mesure de couple ◦ Couples généré par la marche  Commande en couple ◦ Modèle de muscle  Simulation avec l’orthèse du genou ◦ Modèle de l’orthèse (démonstration) ◦ Couples mesurés  Conclusion 2

 Introduction ◦ But du projet ◦ Déroulement du projet ◦ Présentation de Webots  Partie Visuelle ◦ Modélisation de l’humanoïde ◦ Mouvements ◦ Résultat (démonstration)  Mesure de couple ◦ Couples généré par la marche  Commande en couple ◦ Modèle de muscle  Simulation avec l’orthèse du genou ◦ Modèle de l’orthèse (démonstration) ◦ Couples mesurés  Conclusion 3

 Buts du projet: ◦ Vérifier que Webots est capable de simuler fidèlement un système aussi complexe que les membres inférieurs d’un humain en mouvement. ◦ Plus concrètement :  Créer un robot humanoïde  Créer (grossièrement) une orthèse du genou  Assoir le robot sur l’orthèse et contrôler que tout fonctionne.  Perspective : ◦ Utiliser Webots pour modéliser des systèmes plus complexes et ainsi fournir un outil de réflexion et de mesure (au lieu de calculer). 4

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 Modélisation visuelle de l'humanoïde.  Mesures des couples aux articulations(vérifier qu’ils concordent avec un modèle Matlab).  Commande des articulations en couple (Modèle de muscle)  Validation de la simulation conjointe de l'orthèse du genou et de l'humanoïde. 6

 Un logiciel de simulation physique de corps solides articulés basé sur la librairie physique ODE. (utilisé généralement pour créer des prototypes de robots et tester des contrôleurs)  Composants principaux utilisés par une simulation ◦ Monde : la représentation du modèle et son environnement. ◦ Contrôleur : un programme qui commande les moteurs. ◦ Plugin physique : permet d’ajouter des forces sur les objet du monde. (Interaction avec la librairie physique)  Evolution de la simulation pas à pas (time step définit). Un appelle au contrôleur à chaque pas. 7

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 Introduction ◦ But du projet ◦ Déroulement du projet ◦ Présentation de Webots  Partie Visuelle ◦ Modélisation de l’humanoïde ◦ Mouvements ◦ Résultat (démonstration)  Mesure de couple ◦ Couples généré par la marche  Commande en couple ◦ Modèle de muscle  Simulation avec l’orthèse du genou ◦ Modèle de l’orthèse (démonstration) ◦ Couples mesurés  Conclusion 9

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 1degré de liberté = 1 servomoteur  Utilisation des séries de Fourrier provenant du modèle Matlab de Yves Allemand.  Le Contrôleur demande au servo d’atteindre la position désirée (Paramètres à contrôler !) 11

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 Introduction ◦ But du projet ◦ Déroulement du projet ◦ Présentation de Webots  Partie Visuelle ◦ Modélisation de l’humanoïde ◦ Mouvements ◦ Résultat (démonstration)  Mesure de couple ◦ Couples généré par la marche  Commande en couple ◦ Modèle de muscle  Simulation avec l’orthèse du genou ◦ Modèle de l’orthèse (démonstration) ◦ Couples mesurés  Conclusion 13

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 Forme pareille que le modèle Matlab  Intensité différentes : ◦ Erreur qui augmente quand on descend le long du corps. ◦ Explications :  Modèle différent  Masses, Tailles, Centres de gravité.  Erreur incrémentale  Offsets introduits 17

 Introduction ◦ But du projet ◦ Déroulement du projet ◦ Présentation de Webots  Partie Visuelle ◦ Modélisation de l’humanoïde ◦ Mouvements ◦ Résultat (démonstration)  Mesure de couple ◦ Couples généré par la marche  Commande en couple ◦ Modèle de muscle  Simulation avec l’orthèse du genou ◦ Modèle de l’orthèse (démonstration) ◦ Couples mesurés  Conclusion 18

 Modèle de muscle : ◦ Modèle Dr P. Métrailler  Influences :  Stimulation électrique  Elongation/Contraction (sous forme de position)  Moment passif ( Uniquement masse dans le modèle Webots)  Ajout d’un paramètre vitesse qui pourrait être utilisé 19 Force Générée stimulation Facteur Position x + ? angle I Dérivée angle

 Introduction ◦ But du projet ◦ Déroulement du projet ◦ Présentation de Webots  Partie Visuelle ◦ Modélisation de l’humanoïde ◦ Mouvements ◦ Résultat (démonstration)  Mesure de couple ◦ Couples généré par la marche  Commande en couple ◦ Modèle de muscle  Simulation avec l’orthèse du genou ◦ Modèle de l’orthèse (démonstration) ◦ Couples mesurés  Conclusion 20

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22 Valeur Théorique : Nm Valeur Mesurée : Nm

23 Erreur ~ 3.8 % Probablement due à une différence de positionnement entre axe genou et axe rotation de l’orthèse

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26 Influence de l’intensité électrique sur la réaction du muscle Moment passif

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 Erreur pour angle < 20 ◦ Polynôme donnant coefficient Elongation/Contraction passe en négatif.  Mesure ce que l’on génère  Comportement du modèle de muscle et de l’orthèse en accord avec la spécification ◦ Moment passif pas modélisé (hormis la masse de la jambe). 28

 Webots peut simuler fidèlement un système aussi complexe que les membres inférieurs d’un humain en mouvement.  Résultats ◦ Permet de mettre en évidence des mouvements ◦ Couples généré paraissent correctes (différences à investiguer) ◦ On arrive à modéliser fidèlement un muscle et l’interaction de la jambe avec l’orthèse du genou.  Prochaine étape : Walk Trainer 29

 Personnel ◦ Travail intéressant  Premier projet conséquent individuel => beaucoup appris.  Multidisciplinaire (physique, biologie, informatique…)  Projet concret ◦ Difficile  Pas usage « classique » de Webots  Progression ralentie par de nombreux comportements inattendus de la librairie physique et son API. => frustrant par moments 30

 Organisation ◦ Ne rien laisser derrière ◦ Ne pas se contenter de résultats approximatifs  Commencer le rapport le premier jour ◦ Force à être claire sur ce que l’on fait ◦ Force à avoir des résultats propres ◦ Permet de finir le rapport dans les délais 31 Leçons

 Assistants ◦ Ludovic Righetti ◦ Yves Stauffer  Professeurs ◦ Reymond Clavel ◦ Auke Ijspeert  Autres ◦ Yvan Bourquin ◦ … 32

? Questions 33

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Vc = P (Pt - Pc ) i f (Vc > Vd) Vc = Vd i f (A != -1) { a = (Vc - Vp) / t s i f ( a > A) a = A Vc = Vc + a * t s } 39