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HAL Id: tel-00306695 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00306695 Submitted on 12 Oct 2008 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Modélisation Dynamique et Commande d’un robot Anguille Guillaume Gallot To cite this version: Guillaume Gallot. Modélisation Dynamique et Commande d’un robot Anguille. Automatique / Robotique. Ecole Centrale de Nantes (ECN), 2007. Français. tel-00306695 UNIVERSITÉ DE NANTES ÉCOLE CENTRALE DE NANTES ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE L’INFORMATION ET DES MATÉRIAUX Année : 2007 N ˚B.U. : Thèse de Doctorat Diplôme délivré conjointement par l’École Centrale de Nantes et l’Université de Nantes Spécialité : AUTOMATIQUE, ROBOTIQUE ET TRAITEMENT DU SIGNAL Présentée et soutenue publiquement par : Guillaume GALLOT 13 Décembre 2007 à l’École Centrale de Nantes TITRE Modélisation Dynamique et Commande d’un robot Anguille Jury Président : P. Blazevic Professeur à l’Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, ISTY Rapporteurs : L. Jaulin Professeur à l’ENSIETA, Université de Brest B. Jouvencel Professeur à l’Université de Montpellier, LIRMM Examinateurs M. Alamir Chargé de Recherche CNRS, université de Grenoble, GIPSA-LAB F. Boyer Maître assistant-(HDR) à l’Ecole des Mines de Nantes, IRCCyN W. Khalil Professeur à l’Ecole Centrale de Nantes, IRCCyN Directeur de thèse : Wisama KHALIL Laboratoire : Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes N ˚ED : 0366-346 Remerciements Ce travail a été eﬀectué à l’Institut de Recherche en Communications et en Cybernétique de Nantes, dirigé par M. Jean-François Lafay, au sein de l’équipe de robotique dont Mme Christine Chevallereau est responsable, je les remercie sincèrement tous les deux pour leur accueil. Je souhaite en premier lieu remercier mon directeur de thèse, M. Wisama Khalil, qui m’a aidé et fait conﬁance tout au long de cette thèse. C’est grâce à ses conseils et aux connaissances qu’il m’a transmis que j’ai pu au ﬁl de ces trois années évoluer dans mon sujet de thèse. Je tiens ensuite à remercier M. Pierre Blazevic professeur à l’Université de Versailles- Saint-Quentin-en-Yvelines pour avoir accepté d’être le président de mon jury de thèse. Je remercie également M. Luc Jaulin professeur à l’ENSIETA et M. Bruno Jouvencel pro- fesseur à l’université de Montpellier, pour avoir accepté d’être mes rapporteurs, et pour l’intérêt qu’ils ont porté à mon travail. Enﬁn, je remercie M. Frédéric Boyer Maître as- sistant à l’Ecole des Mines de Nantes et M. Mazen Alamir chargé de Recherche CNRS à l’université de Grenoble pour avoir accepté de faire partie de mon jury et avec qui j’ai eu l’occasion et le plaisir de travailler durant ces 3 années. Je remercie tous les doctorants que j’ai côtoyés pendant ces années et avec qui j’ai passé de bons moments. J’ai également eu plaisir à travailler au sein de l’IRCCyN qui est un lieu de convivialité et possédant une agréable ambiance de travail. Mes derniers remerciements vont à ma famille qui m’a appuyé et soutenu moralement pendant les bons et mauvais moments. Par ce mémoire, je souhaite leur témoigner ma reconnaissance pour la conﬁance qu’ils ont placée en moi. Table des matières Introduction générale 1 1 Etat de l’Art 5 1.1 Les diﬀérentes catégories de poissons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 Les robots existants et leurs applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3 Le robot Anguille de l’IRCCyN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.4 Les enseignements tirés de la biologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4.1 Le principe de la nage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4.2 Modélisation du contact entre le ﬂuide et le poisson . . . . . . . . . 16 1.4.3 Génération de mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.4 Les réseaux de neurones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2 Modèle Dynamique d’une Anguille à structure sérielle 21 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.2 Description de la structure sérielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3 Modèle cinématique de la structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4 Forme générale des modèles dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.4.2 Solution pour le modèle dynamique inverse . . . . . . . . . . . . . . 30 2.4.3 Solution pour le modèle dynamique direct . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5 Modèle dynamique inverse récursif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.5.2 Calcul récursif du modèle dynamique inverse de l’anguille . . . . . . 32 2.6 Modèle dynamique direct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.6.2 Calcul du modèle dynamique direct . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.7 Modèle d’interaction ﬂuide-structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.8 Vériﬁcation des algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.8.1 Calcul du torseur cinétique de l’anguille . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.8.2 Générateur de mouvements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.8.3 Validation des calculs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.8.4 Validation croisée des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.9 Exemples de simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.9.1 Premier exemple : la nage plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.9.2 Deuxième exemple : nage 3D en looping . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.9.3 Analyse des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 vi TABLE DES MATIÈRES 2.10 Modélisation et résultats uploads/Litterature/ these-gallot.pdf