Sujets de thèses

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Commande des systèmes non-linéaires avec contraintes algébriques - application aux robots à câbles en tenant compte des déformations des câbles

Description in English

  • Contexte et objectifs

Dans la lignée de travaux antérieurs développés au sein de l’équipe AVR, ce sujet se place à l’interface entre l’automatique et la robotique (voir les projets IDRAC et ManiLPV). Il s’agit en effet de contribuer au développement des méthodes d’analyse des systèmes et de synthèse de correcteurs destinées aux robots à câbles. On se confrontera aux spécificités des robots à câbles tout en cherchant à développer des méthodes qui soient aussi génériques que possibles.

Les robots parallèles à câbles sont composés d’une plateforme reliée à des points d’attaches par l’intermédiaire de câbles enroulables. Le faible encombrement, la grande taille de l’espace de travail, ainsi qu’un bon rapport poids utile sur masse de la structure, en font des solutions intéressantes pour des applications originales. ICube est notamment associé au projet ANR DexterWide visant au développement d’une solution combinant un robot manipulateur de type série embarqué sur un rabot parallèle à câbles, pour la réalisation de tâches de type perçage ou soudage dans des halls de construction. Un démonstrateur de type INCA-6D, développé par la société Haption, est disponible au laboratoire pour la recherche.

La commande de ces systèmes doit faire face à de nombreuses complexités. D’une part, comme pour tous les robots parallèles, les modèles font apparaître des équations algébriques en plus des équations dynamiques – on parle de système DAE (differential algebraic equation), ce qui représente une complexité à gérer pour la modélisation et la simulation. D’autre part, il faut assurer que les tensions des câbles restent positives. De plus, ceux-ci introduisent des modes flexibles aux dynamiques non-linéaires de ces systèmes qui sont aussi multivariables.

Lors de travaux antérieurs, nous avons développé des méthodes d’identification de modèle [NLC12, CCL16] et de synthèse de correcteurs permettant de piloter la nacelle en translation et en rotation [CCL16]. Dans ces travaux, les câbles étaient supposés rectilignes, ce qui a permis de résoudre les équations algébriques.

  • Contributions visées

Dans cette thèse, on relaxera l’hypothèse de câbles rectilignes et on traitera directement les modèles sous forme DAE. Une première contribution a été produite par l’équipe sur la possibilité de traiter directement le problème sous forme DAE pour un exemple simpliste de robot plan à trois câbles rectilignes [CL14]. Par ailleurs, une publication est en cours de rédaction sur la prise en compte du caractère non-rectiligne des câbles en dynamique en se basant sur la méthode des « modes supposés » couramment utilisée pour les manipulateurs série présentant des déformations [GPK97, HLB14]. Ces travaux pourront servir de point de départ pour traiter des robots plus complexes. L’approche consistera à approcher le modèle DAE non-linéaire par un modèle DAE linéaire (encore appelé « descripteur ») ou linéaire à paramètres variants afin d’utiliser les méthodes disponibles pour ces classes de systèmes [MKO97, Yag10]. L’équipe avait utilisé ce type d’approche par le passé pour la commande de bras manipulateurs série [HLB14] ; il s’agira ici de transposer ces approches aux manipulateurs parallèles.

  • Références
    • [HLB14] H. Halalchi, E. Laroche, G. Bara. Flexible-link robot control using a linear parameter varying systems methodology, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 11(46):1-12, March 2014
    • [CCL16] R. Chellal, L. Cuvillon, E. Laroche. Model identification and vision-based H∞ position control of 6-DoF cable-driven parallel robots, International Journal of Control, pp. 1-18, 2016
    • [CL14] C. Cvetanovic, E. Laroche. Towards DAE methodology for the control of cable-driven parallel robots, dans IEEE Multi-Conference on Systems and Control, Antibes, France, October 2014.
    • [GPK97] H. Geniele, R.V. Patel K. Khorasani, End-point control of a flexible-link manipulator: theory and experiments, IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 5, p. 556-570, 1997
    • [MKO97] I. Masubuchi, Y. Kamitane, A. Ohara, N. Suda, H∞ control for descriptor systems: a matrix inequalities approach, Automatica, vol. 33, no 4, p. 669-673, 1997
    • [NLC12] T. Nguyen, E. Laroche, L. Cuvillon, J. Gangloff, O. Piccin. Identification d’un modèle phénoménologique de robot à câbles, Journal Européen des Systèmes Automatisés, Hermès – Lavoisier, Vol. 56(6-7):673-689, November 2012.
    • [Yag10] M. Yagoubi, On multiobjective synthesis for parameter-dependent descriptor systems, IET Control Theory & Applications, vol. 4, No 5, p. 817-826, 2010
  • Mots clés

modèle basé sur des équations algébro-différentrielles, système contraint, système linéaire à paramètres variants, robots à câbles

  • Profil recherché

Etudiant.e en master 2 ou élève ingénieur.e en dernière année ayant une forte spécialisation en automatique, vous êtes à l'aise avec les concepts de la commande des systèmes multivariables et vous utilisez de Matlab-Simulink sans difficulté pour implanter des modèles et les simuler. Vous disposez de solides bases scientifiques et vous êtes à l'aise avec l'outil mathématique. Vos capacités de communication, notamment en anglais, vous permettent de lire des articles scientifiques sans difficultés de comprehension de la langue. Vous savez faire preuve d'ouverture d'esprit, vous avez le sens de l'initiative, tout en étant à l'écoute des conseils qui vous sont prodigués. Vous savez argumenter vos propos. Vous êtes en mesure de démontrer votre capacité d'engagement à travers vos expériences.

  • Direction de thèse et conditions

Encadrement: Edouard LAROCHE (directeur de thèse), Hassan OMRAN et Olivier PICCIN

Date de démarrage: Octobre 2017

Lieu de la thèse: ICube (Strasbourg, campus d'Illkirch)

Financement sous forme d'un contrat doctoral financé par le ministère de l'enseignement supérieur

  • Candidater

Vous enverrez un CV, une lettre de motivation (qui expliquera vos compétences en regard du profil) et vos relevés de notes (M1 et M2 ou 4ème et 5ème années universitaires) sous forme d'un fichier unique au format PDF aux adresses suivantes : laroche@unistra.fr et homran@unistra.fr

Calendrier : Date limite de candidature : 15 mai 2017

Fin des auditions des candidats : 15 juin 2017.

Conception et commande d’un dispositif robotique multi-effecteurs pour la manipulation magnétique

  • Contexte et objectifs

Ce projet de thèse est centré sur la conception et la commande de systèmes robotiques multi-effecteurs pour le pilotage de micro-robots nageurs. Il s’agit d’un travail réalisé conjointement entre MiNaRob, AS2M, FEMTO-ST, Besançon et AVR, ICube, Strasbourg.

Le travail de thèse proposé se place dans le cadre du projet de recherche collaboratif MULTIFLAG, supporté par l’Agence Nationale de Recherche, dans lequel sont associés ISIR (Paris), FEMTO-ST (Besançon) et ICube (Strasbourg). Le projet MULTIFLAG vise à développer une nouvelle génération de micro-robots pour des applications biomédicales, en milieu fluide tel que la moelle épinière, avec un pilotage par champ magnétique de ces dispositifs.

Disposer de micro-robots capables de se déplacer dans le corps humain sans lien mécanique avec l'extérieur peut représenter une formidable opportunité pour nombre de tâches dans le domaine biomédical. Pour des raisons énergétiques et de passage aux petites échelles, les solutions actuellement proposées dans la communauté robotique pour la manipulation magnétique sans contact en milieu fluide s’appuient sur des robots « nageurs », équipés dans la majorité des cas d’un flagelle unique, de forme curviligne ou hélicoïdale. ISIR et FEMTO-ST ont notamment démontré leur capacité à contrôler le déplacement de micro-robots de forme hélicoïdale en laboratoire. Les vitesses atteignables et la dextérité restent encore cependant perfectibles. En suivant une approche bio-inspirée, il doit être possible d’améliorer les performances de micro-robots nageurs en y intégrant plusieurs flagelles. C’est l’objectif global du projet MULTIFLAG. Le pilotage de micro-robots par un ensemble d’électro-aimants dont on contrôle les positions relatives et l’intensité du champ doit par ailleurs permettre d’augmenter la dextérité des micro-robots et l’efficacité de leur nage, ainsi que d'ouvrir la possibilité de piloter plusieurs micro-robots en même temps par un contrôle fin de la forme du champ magnétique. C’est l’approche originale adoptée dans le projet. Le travail de thèse proposé s’intéresse à la problématique de conception et de commande d’un système robotique permettant la reconfiguration de sources de champ magnétique. Il s’effectuera en parallèle de deux autres thèses dédiées d’une part à la conception des micro-robots nageurs multi-flagelles et d’autre part à la commande par champ magnétique de ces micro-robots. L’aspect collaboratif du travail sera donc important et une force dans ce projet. Les laboratoires directement impliqués dans la thèse proposée sont par ailleurs reconnus au niveau international en robotique pour le médical, et avec une expérience commune de recherche importante.

  • Descriptif détaillé

Les détails du sujet sont décrits dans le document disponible sur cette page

  • Mots clés

Robotique, conception mécatronique, commande, mécanismes de tenségrité

  • Profil recherché

Le profil requis est celui d’un.e étudiant.e en master 2 ou élève ingénieur.e en dernière année ayant une formation en mécatronique et robotique. Il (elle) doit être à l’aise sur l’utilisation de logiciels de CAO de type Solid-Works ou Catia. Il (elle) doit également maîtriser la programmation, C/C++ et Matlab afin de pouvoir simuler et commander le prototype.
 Il (elle) aura de bonnes capacités d’expression écrite en français et en anglais. Ouvert d’esprit, il (elle) sera amené.e à travailler en équipe et doit être capable de communiquer aisément. Écoute, dynamisme et persévérance seront des qualités indispensables pour mener un travail de recherche sur 3 ans.

  • Direction de thèse et conditions

Directeurs de thèse : Pierre Renaud (Professeur INSA), Nicolas Andreff (Professeur UBFC)

Date de démarrage: Octobre 2017

Lieu de la thèse: partagé entre ICube (Strasbourg) et FEMTO-ST (Besançon).

Financement sous forme d'un contrat doctoral financé par l'ANR.

  • Candidater

Les candidats devront envoyer une lettre de motivation, un CV et leur relevés de notes (M1 et M2 ou 4ème et 5ème années universitaires) sous forme de fichier unique en PDF aux adresses suivantes : nicolas.andreff@femto-st.fr et pierre.renaud@insa-strasbourg.fr

Calendrier : Date limite de candidature : 15 mai 2017

Fin des auditions des candidats : 15 juin 2017.


Two PhD Positions in Computer Vision / Artificial Intelligence within project CAMMA

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