Design d'un manipulateur robotique à architecture anthropomorphique

Les robots à architecture anthropomorphique, c'est-à-dire inspirée des mécanismes du corps humain, sont des outils qui pourraient être d'une grande utilité dans le domaine de la robotique de réadaptation et d'assistance étant donné l'aspect intuitif, relativement à leur fonctionnement et leur comportement, que leur apporte leur forme familière. Toutefois, les robots anthropomorphiques actuellement existants sont généralement développés dans le cadre d'applications particulières et ne sont par conséquent pas appropriés pour un transfert vers le domaine de la robotique d'assistance et de réadaptation. Par conséquent, il n'existe pas de plateforme de développement robotique permettant le développement d'applications mettant à profit au maximum une architecture biomimétique pour des usagers sans formation en robotique comme les cliniciens en réadaptation et les bénéficiaires de robots d'assistance. Dans ce contexte, l'objectif de ce mémoire est de concevoir une plateforme robotique à architecture anthropomorphique suivant le plus fidèlement possible l'architecture du bras humain pour maximiser l'apport intuitif de la forme familière de l'appareil pour son fonctionnement et son interaction avec son environnement. Particulièrement, un effort est appliqué pour inclure dans le mécanisme la structure à deux os de l'avant-bras afin de rendre possible une reproduction réaliste du mouvement de pronation-supination du bras, le mouvement le plus complexe du membre supérieur puisqu'il implique une boucle cinématique fermée et de nombreux joints passifs. En premier lieu, un modèle biomécanique du membre supérieur a été choisi pour répondre à la problématique, puis ses caractéristiques principales ont été spécifiées. La chaîne cinématique du modèle biomécanique a par la suite été traduite en chaîne cinématique pour un robot, en s'assurant que chacun des sous-mécanismes reproduise bien les caractéristiques soulignées du modèle. Ces mécanismes ont permis de faire les plans entier du manipulateur robotique à l'aide d'un logiciel de dessin assisté par ordinateur. Afin de choisir les actionneurs nécessaires au fonctionnement du robot, une simulation de suivi de trajectoire avec contrôle par couple pré-calculé a été élaborée. Les modèles cinématiques et dynamiques du bras, étant nécessaires à la simulation, ont été développés. Enfin, un prototype de la plateforme a été conçu par impression 3D. En comparant les plages angulaires accessibles aux différents joints du mécanisme à celles des joints du modèle biomécanique, il a été déterminé que le bras pourrait reproduire toute la gamme des mouvements humains pour laquelle la position de l'épaule est près de la position de repos.