Multisensor Input for CPG-Based Sensory—Motor Coordination

International audienceThis paper describes a method for providing in real time a reliable synchronization signal for cyclical motions such as steady-state walking. The approach consists in estimating online a phase variable on the basis of several implicit central pattern generator associated with a set of sensors. These sensors can be of any kind, provided their output strongly reflects the timedmotion of a link. They can be, for example, spatial position or orientation sensors, or foot sole pressure sensors. The principle of the method is to use their outputs as inputs to nonlinear observers of modified Van der Pol oscillators that provide us with several independent estimations of the overall phase of the system. These estimations are then combined within a dynamical filter constituted of a Hopf oscillator. The resulting phase is a reliable indexing of the cyclic behavior of the system, which can finally be used as input to low-level controllers of a robot. Some results illustrate the efficiency of the approach, which can be used to control robots

Online Generation of Cyclic Trajectories Synchronized with Sensor Input

On s'intéresse à la question suivante : comment synchroniser en ligne une commande cyclique avec un signal capteur lui aussi cyclique ? Nous modélisons notre mesure à l'aide d'un oscillateur non-lineaire, et en construisons un observateur. Ensuite, on vient "filtrer" les mesures capteur à l'aide de l'observateur. Ce dernier étant également un oscillateur, il est possible d'estimer sa phase, et de générer une commande paramètrée temporellement par cette phase. Nous évaluons la méthode et caractérisons sa robustesse aux erreurs d'estimation des paramètres, ainsi qu'aux changements de rythme du signal d'entrée. Finallement, une application de cette méthode à la réhabilitation fonctionnelle des patients hémiplégiques est présentée

Asservissement visuel et commande de la distance focale

Cet article présente l'application de techniques d'asservissement visuel désormais classiques au cas où l'une des variables de commande est la distance focale. Plus précisément, on suppose disposer d'un zoom commandable en vitesse en complément des six autres mouvements pilotés de la caméra. On s'intéresse au problème des quatre points formant un carré, et l'on définit deux fonctions à réguler, l'une s'interprétant en terme de centrage, l'autre associée à la taille globale de la cible dans l'image. On propose ensuite des lois de commande non-linéaires simples dont on étudiele comportement théorique. On montre également l'existence de deux solutions, et l'on donne quelques résultats de simulation en conclusio

A Synthesis of Bipedal Locomotion in Human and Robots

This report is the result of a joint reflection carried out by researchers from automatic control and neuroscience fields, both trying to answer a same question: what are the functional basis of bipedal locomotion and how to control them? The originality of this work is to put in parallel two synthesis of how the problem of biped displacements is solved in robotics in one hand and in nature in the other hand. We believe that the key e lements explaining the performances in adaptability and reactivity of human could help roboticians to find some issues for the design of automatic control schemes. Similarly, the theoretical framework of biped robotics could help neuroscientists to formulate concepts and models

Sur les erreurs en asservissement visuel

En asservissement visuel, la commande appliquée à une caméra utilise un modèle de la dynamique du système, essentiellement représentée par une matrice jacobienne appelée matrice d'interaction. Le calcul de celle-ci fait intervenir les paramètres intrinsèques et extrinsèques de la caméra ainsi que certaines informations sur la géométrie de la scène. L'objet de ce rapport est d'étudier l'influence sur le comportement du système bouclé d'erreurs sur ces paramètres. Cette analyse est effectuée à partir d'une forme générale de la matrice d'interaction, mais reste limitée sur le plan théorique. La majeure partie des résultats est obtenue à l'aide d'études systématiques en simulation et en expérimentation réelle. Par ailleurs, divers points connexes sont abordés, tels les problèmes de détermination de consigne et l'utilisation en stereovisio

Functional Rehabilitation: Coordination of Artificial and Natural Controllers

International audienceWalking and standing abilities, though important for quality of life and participation in social and economic activities, can be adversely affected by central nervous system (CNS) disorders such as spinal cord injury, stroke or traumatic brain injury. One characteristic of motor deficiencies which affect lower extremities is their impact on both static and dynamic postural equilibrium. Depending on the impairment level, functional rehabilitation techniques may be needed for a patient to stand up and walk (Popovic and Sinkjær, 2003). Functional electrical stimulation (FES) can induce contraction of skeletal muscles by applying electrical stimuli to sensory-motor system via electrodes which can be placed on the skin (Kralj et al., 1983), or implanted (Guiraud et al., 2006). FES applications applied to lower limbs include foot drop correction, single joint control, cycling, standing up, walking... (Zhang and Zhu, 2007)..

Commande de systèmes redondants et évitement d'obstacles

Disponible dans les fichiers attachés à ce documen

A Synthesis of Bipedal Locomotion in Human and Robots

This report is the result of a joint reflection carried out by researchers from automatic control and neuroscience fields, both trying to answer a same question: what are the functional basis of bipedal locomotion and how to control them? The originality of this work is to put in parallel two synthesis of how the problem of biped displacements is solved in robotics in one hand and in nature in the other hand. We believe that the key e lements explaining the performances in adaptability and reactivity of human could help roboticians to find some issues for the design of automatic control schemes. Similarly, the theoretical framework of biped robotics could help neuroscientists to formulate concepts and models

Implementation with Orccad of a Method for Smooth Singularity Crossing in a 6-DOF Manipulator

Ce rapport présente une méthode permettant de traverser «en douceur» les singularités géométriques d'un robot manipulateur rigide. Basée sur l'approche par fonctions de tâche de C. Samson (\cite{sam}), elle s'applique en fait à tout type de singularités. Cette méthode a déjà fait l'objet d'une application au cas d'un robot planaire redondant (\cite{Salo}), et nous l'étendons ici au contrôle d'un robot à six degrés de liberté. Le rapport comporte deux parties principales, l'une dédiée à la théorie, l'autre à la mise en {øe}uvre et aux expérimentations.\ La méthode proposée se situe dans la classe des commandes dynamiques avec découplage et linéarisation par retour d'état. L'objectif de contrôle est défini par la minimisation d'une fonction scalaire positive qui exprime simultanément la poursuite d'une trajectoire dans l'espace des repères et la régularisation du problème. Ce dernier aspect est celui qui permet le passage au voisinage des singularités, grâce à l'utilisationd'un- e fonction du temps, image des vitesses articulaires. Cette méthode est une généralisation des approches usuellement présentées dans la littérature robotique.\ La deuxième partie du rapport indique comment la loi de commande robuste proposée peut être spécifiée et testée en vraie grandeur à l'aide de l'environnement de programmation {\sc Orccad} (\cite{CST}). On y précise la décomposition fonctionnelle de la commande, en prenant en compte les aspects temporels liés à l'implémentation, ainsi que la partie «événements discrets» de l'application. Enfin, on présente un ensemble complet de résultats concernant les singularités du poignet, du coude et de l'épaule

On the Computation and Control of the Mass Center of Articulated Chains

The control of the center of mass of a robot is a relevant problem in case of biped walking machines. Besides, studying the motion and the stabilization of the center of mass of a human is an important research topic in the area of biomechanics. Finally, the two areas are involved when we want to synthesize certain classes of realistic motions in computer animation. In this paper, we address some of the modelling and control problems which arise when considering the CoM of an articulated chain. In a first part, we show that the position of the CoM of a general tree-structure kinematic chain can always be represented by the end-point position of an equivalent serial open kinematic chain, the geometric parameters of which depend on the mass properties of the original structure. We then use this result in a second part, in which we describe a way of specifying tasks involving the motion of the CoM. We also propose in the paper a general approach of the associated control problem and of its implementation and give an example of application to computer animation