Groupes de travail GT7 : Robotique humanoïde

AUTRES GT

GT7 : Robotique humanoïde

Actualités

• HUMANOIDS 2022: La conférence internationale en robotique humanoïde (ICHR) aura lieu à Okinawa, Japon.
https://www.humanoids2022.org/

• JNRH 2022: Les journées nationales de la robotique humanoïde (JNRH) sont organisées par le LARIS à Angers.
https://jnrh2022.sciencesconf.org/

• Deux équipes françaises participent à la competition robotique ANA AVATAR XPRIZE.
https://www.xprize.org/prizes/avatar

Objectifs

L’objectif de ce groupe de travail est de réunir la communauté robotique autour des problématiques de la robotique humanoïde telles que la conception mécanique de nouvelles structures anthropomorphes, la modélisation, la commande, ou l’optimisation pour la gestion de la redondance ou la planification de trajectoire. Un deuxième objectif, sera d’ouvrir cette réflexion à la communauté des sciences du vivant et notamment les domaines de la biomécanique et des neurosciences afin de pouvoir s’enrichir mutuellement de nos connaissances et résultats réciproques.

La robotique humanoïde regroupe l’étude des systèmes mécaniques anthropomorphes. Si leur champ potentiel d’applications s’inscrit dans le long terme, en particulier dans les secteurs de la robotique personnelle ou de la robotique d’intervention, les robots humanoïdes constituent pour les laboratoires des plates-formes particulièrement riches pour le développement des recherches fondamentales en robotique.

Il s’agit dans ce GT de focaliser sur les spécificités imposées par la forme anthropomorphe du système mécanique dans l’étude de l’autonomie des systèmes robotiques.

Un système anthropomorphe se caractérise avant tout par sa complexité exprimée en terme du nombre de ses degrés de liberté. Cette complexité permet une grande diversité de tâches combinant ses deux fonctions principales que sont la locomotion et la manipulation d’objets.

Contrairement aux plates-formes constituées de robots mobiles équipés de bras manipulateurs, la forme anthropomorphe permet, par la contribution possible de chacun de ses membres à une même tâche (par exemple : se baisser pour prendre ou prendre appui pour franchir) d’aller au-delà des approches par décomposition fonctionnelle (naviguer, manipuler).

L’objectif du GT est focalisé sur l’étude du corps anthropomorphe considéré comme un tout, centré sur les techniques de la robotique et ouvert sur des disciplines connexes.

Cette étude pose en premier lieu des problèmes de conception mécanique (en particulier dans la définition de nouvelles architectures de locomotion) et mécatronique (conception de nouveaux actionneurs, intégration) en synergie avec la biomécanique. La station debout étant particulièrement instable, la dynamique joue un rôle central dans le contrôle des actions. La morphologie du système permet aux différents segments corporels de contribuer à son équilibre. Cette richesse induit des problèmes difficiles de modélisation et de commande, qui ouvrent des perspectives originales de contrôle bio-inspiré (inspiré de la biologie), et synthèse de mouvements humains en synergie avec les domaines de l’animation. La complexité d’un système anthropomorphe permet une grande variété de tâches simultanées dont le contrôle de la coordination et de la fluidité pose des défis aux techniques de contrôle sensori-moteur pour systèmes redondants (approches par fonctions de tâches), en synergie avec les neurosciences. Enfin, la dimension élevée de l’espace articulaire d’un robot humanoïde pose des problèmes de complexité combinatoire pour les algorithmes de planification de mouvements, problématique également enrichie par la nécessaire prise en compte de la dynamique du système : les approches traditionnelles par découplage cinématique/dynamique qui ont fait leurs preuves en robotique manufacturière et robotique mobile ne s’appliquent pas directement en robotique humanoïde.

L’activité du GT ne couvre évidemment pas l’ensemble de la robotique humanoïde. Elle a été définie en coordination avec les autres GT dont nombre de thèmes génériques de la robotique s’appliquent également à la robotique humanoïde. Ce groupe de travail sera particulièrement en synergie avec les GT Interactions et Conception.

Thèmes

Nous proposons d’orienter et concentrer l’animation de ce GT autour de 4 grands thèmes principaux :

1) Etude et conception de structure mécaniques anthropomorphes avancées

Ouvert sur la biomécanique, ce thème recouvre en particulier la conception mécanique de nouveaux systèmes de locomotion bipède, de nouveaux préhenseurs et de nouvelles architectures mécaniques des liaisons et des pieds (flexibilité et actionnement). Il est également en synergie avec les micro-technologies (conception et miniaturisation de nouveaux actionneurs et nouveaux capteurs) et pose des problèmes d’optimisation de consommation d’énergie.

2) Interaction robotique humanoïde et sciences du vivant

Ce thème est destiné à susciter des confrontations et des échanges de points de vue entre les domaines des sciences du vivant (biomécanique, neurosciences) et la robotique humanoïde. Il s’agira principalement d’analyser les observations du mouvement et de la coordination posturale chez l’humain afin d’en extraire des données pertinentes pour la commande des robots. Un autre aspect portant sur la modélisation des muscles et leurs rôles dans la réalisation des tâches de locomotion et manipulation pourrait constituer un lien avec les applications médicales et les problèmes associés au handicap de l’appareil locomoteur. Cet échange pourra bénéficier aux sciences du vivant par des validations théoriques ou expérimentales de certains modèles comportementaux par la communauté robotique.

3) Modélisation, commande

La maîtrise de l’équilibre, en particulier en posture verticale ou lors de la locomotion, pose des défis originaux de modélisation et de commande. En modélisation, les principales difficultés concernent l’étude des impacts dans les différentes modalités de locomotion, les modèles d’allures de marche, de course et de saut et la nécessaire prise en compte dans les modèles dynamiques des interactions avec l’environnement. Du point de vue de la commande, l’unilatéralité des contacts avec le sol et la prise en compte de l’enchaînement des différents appuis posent des problèmes difficiles et originaux pour assurer stabilité et robustesse.

4) Optimisation et planification de tâches

La dimension élevée de l’espace des configurations d’un système anthropomorphe (plus de trente) pose un défi à la fois en termes de gestion de la redondance mais aussi concernant l’algorithmique de la planification du mouvement. Il s’agira ici de définir de nouvelles approches basées sur l’expression corporelle de l’action permettant à la fois de planifier des chemins dont le but est défini, non plus par un point, mais par des sous-variétés dans l’espace des configurations, mais aussi de prendre en compte les fonctions de coûts et les contraintes permettant de déterminer les mouvements efficients pour une tâche définie. Ce GT laissera aussi une place importante à l’échange et à la capitalisation des connaissances autour des outils logiciels qui auront été développés par les acteurs de ce groupe de travail pouvant aider à la simulation cinématique, dynamique ainsi qu’à la visualisation 3D et à l’animation graphique de structures anthropomorphes.

Cartographie de la robotique humanoïde en France

Robots, laboratoires et entreprises (update novembre 2022):







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Actions du GT

• Le GT pourra fournir des document de présentation sur l’état de l’art et des prospectives.
• Le GT s'appuiera sur la coopération avec le Japon à travers le Joint Robotics Laboratory UMI/3218 CNRS AIST basé à Tsukuba.
• Elles s’appuieront également sur la dynamique créée par les nombreux projets ANR et Européens.
• Les actions du GT bénéficieront de l’existence des nombreuses plate-formes disponibles sur le territoire Roméo, HRP-4, HRP-2, HOAP3, iCub, Talos, Pepper, accès à des licences de logiciel. Le GT s’appuiera aussi sur d’autres plates-formes telles que Rabbit et ROBIAN.
• Le groupe de travail participera à l’organisation des Journées Nationales de la Robotique Humanoïde.

Historique des projets
Projets ANR: TIRREX
Projets européens: MEMMO, ANDY, EUROBIN

Historique des journées nationales de la robotique humanoïde (JNRH)
* JNRH 2022 organisées par le LARIS à Angers - https://jnrh2022.sciencesconf.org/
* JNRH 2021 organisées par le LARIS à Angers (virtuel cause covid) - https://jnrh2021.sciencesconf.org/
* JNRH 2020 organisées par INRIA  à Bordeaux (virtuel cause covid) - https://jnrh2020.sciencesconf.org/
* JNRH 2019 organisées par le LAAS à Toulouse - https://jnrh2019.sciencesconf.org/
* JNRH 2018 organisées par le LORIA à Nancy - http://jnrh2018.loria.fr
* JNRH 2017 organisées par le LIRMM à Montpellier - programme
* JNRH 2016 organisées par le LAAS à Toulouse - programme
* JNRH 2015  organisées par l’IRCCyN à Nantes - contributions PDF
* JNRH 2014  organisées par le LISV à la Cité Internationale de Paris
* JNRH 2012 organisées par le LIRMM à Montpellier
* JNRH 2011 organisées par le LAAS à Toulouse
* JNRH 2010 organisées par l’institut P Prime à Poitiers
* JNRH 2009 organisées par l’IRCCyN à Nantes
* JNRH 2008 organisées par l’ISIR à Paris
* JNRH 2007 organisées par le LIRMM à Montpellier
* JNRH 2005 organisées par le LAAS à Toulouse

Historique des autres journées du GT
Journée Robotex - RHIN autour de Roméo à Paris - Aldebaran le 26 Février 2015
Journée Robotex - RHIN autour de Roméo à Nantes le 23 Février 2015

A l'internationale

Certains membres du GT sont impliqués dans l'organisation de conferences internationales et workshops en robotique humanoïde, ainsi que dans des competitions de robotique. La conference de reference de la communauté est HUMANOIDS.

Historique de IEEE/RAS HUMANOIDS: la conférence internationale en robotique humanoïde
• HUMANOIDS 2022 - Okinawa, Japon - https://www.humanoids2022.org/
* HUMANOIDS 2020 - Munich, Germany
* HUMANOIDS 2019 - Toronto, Canada
* HUMANOIDS 2018 - Bejing, China
* HUMANOIDS 2017 - Birmingham, UK
* HUMANOIDS 2016 - Cancun, Mexico

Competitions de robotique
• Les finales du Darpa Robotics Challenge ont eu lieu le 5 et 6 Juin.
Pour plus d'informations voici le lien:
DRC
Vous y trouverez de courtes vidéos permettant de se faire une idée concernant l'état général des développements de la robotique humanoïde. A noter cependant que la majeure partie de ces développement ont été fait sur de très courtes périodes. Par exemple Walkman de l'IIT a été construit en 8 mois.