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La marche bipède

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robot bibède

Dans cette partie du site nous allons voir quels sont les intérêts de la marche pour un robot, les contraintes et les solutions apportées.Concrètement arrive t-on à faire marcher des robots aujourd’hui ?
De nombreux laboratoires travaillent sur le sujet et notamment le “Leg Laboratory” du MIT. Cependant, aujourd’hui, la marche est loin d’être maîtrisée. On arrive à faire danser, descendre ou monter des marches mais un manque d’aisance évident existe encore chez les robots qu’ils soient bipèdes ou quadrupèdes.Première question: Pourquoi la marche?
L’intérêt de réaliser un robot marcheur permet à celui-ci de se mouvoir sur une plus grande variété de terrains que ne le permet un robot rouleur par exemple.Le sol ainsi peut-être irrégulier voir parsemé de petits obstacles. Donc le but final serait de pouvoir utiliser le robot dans tout endroit initialement accessible par l’Homme.Certains problèmes néanmoins se posent pour l’implémentation de la marche. Notamment le problème évident de l’équilibre. La gestion du centre de gravité du robot devient alors primordiale. Deux solutions peuvent être proposées afin de résoudre ce problème:Avoir un centre de gravité bas.Un corps large qui permet de maintenir la stabilité plus facilement.Voici un exemple de robots bipèdes:
dof-ground

Pourquoi faut t-il un centre de gravité bas ?
On pourra avoir une inclinaison(débattement du centre de gravité) du corps plus importante lors du déplacement du robot puisque le centre de gravité restera à l’intérieur de la surface délimitée par les points d’appuis au sol(surface délimité par la surface des pieds). Ainsi le robot a plus de chances de rester debout.

On distingue habituellement deux types de marches:

  • Marche dynamique.
  • Marche quasi-statique.

La marche dynamique correspond à la marche la plus ressemblante à celle de l’Homme. Le problème dans ce type de marche est esseentiellement la perte d’équilibre entre chaque pas. De plus pouvoir s’arrêter en pleine marche engendre également des difficultés.

La marche quasi-statique.quant à elle est plus simple à mettre en oeuvre car le robot ne sera que très rarement en situation de déséquilibre.

Voici un schéma explicatif de la marche dynamique:

Le schéma ci-dessus présente 4 étapes résultant de la décomposition de 2 pas du robot. Le point rouge représente le centre de gravité du robot.Lors du premier pas (étape 2), le corps du robot s’avançant, le centre de gravité est dévié de son point d’équilibre. Le phénomène se répète également lors du second pas (étape 4). C’est donc à cause du déplacement du centre de gravité du robot que celui-ci perd son équilibre et risque de tomber. Ce problème est accru par le fait que les 2 pas sont réalisés successivement sans arrêt intermédiaire.

Etudions à présent la marche quasi-statique. Une première solution consiste à utiliser de grands pieds encadrant la zone centrale du robot. Pour ce faire on peut utiliser par exemple des pieds en forme de « U ». Néanmoins un problème se pose lors des changements de direction.

Sur le schéma ci-dessus on peut voir la décomposition de 2 pas successifs du robot. On s’aperçoit ici que le centre de gravité reste bien dans la zone d’équilibre appelée également polygone de sustentation (en pointillés sur le schéma).

Une seconde solution de marche quasi-statique permet d’utiliser des pieds de forme plus humaine laissant donc les changements de directions plus aisés à effectuer. Cette solution consiste en fait à amener le centre de gravité au dessus du polygone de sustentation.
Pour ce faire il faut déplacer avant chaque pas, une partie de la masse du robot au dessus du pied restant en appui.

Sur la partie supérieure de ce shéma, ils’agit d’un exemple de marche dynamique dont nous avons parler précédemment et qui pose des problèmes de désequilibre.
Par contre sur la partie inférieure du schéma on peut voir que avant d’effectuer son pas le robot déplace le haut de son corps au dessus de la zone d’équilibre restante pendant le pas.

Pour conclure on peut dire que la marche statique peut être implantée relativement facilement. La marche par contre, lors de
changements de directions induit un nombre de moteurs importants et la complexité du montage augmente. Néanmoins la marche est indispensable pour l’interaction avec l’environnement (éviter un obstacle, …).


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