Institut des Systèmes Intelligents
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"Modélisation de l’estimation de la verticalité au cours de la locomotion".
La soutenance se déroulera le mercredi 5 juin à 10h30
dans la Salle 211, Tour 55-65, 2ème étage (UFR d'Ingénierie) UPMC - Campus Jussieu, 4 Place Jussieu - 75005 Paris
 

Jury:

  • Prof. Etienne BURDET, Imperial College of London rapporteur
  • Prof. Jean-Paul LAUMOND, LAAS CNRS rapporteur
  • Prof. Faiz BEN AMAR, Université Pierre et Marie Curie examinateur
  • Prof. Alain BERTHOZ, College de France examinateur
  • Prof. Hannah MICHALSKA, McGill University co-encadrant
  • Prof. Vincent HAYWARD, Université Pierre et Marie Curie directeur

 

Resumé :

Dans cette these, nous proposons un modele non-lineaire du systeme vestibulaire, en particulier chez l'humain et autres animaux mobiles. Le systeme vestibulaire est essentiel pour une locomotion stable dans la mesure ou il fournit des mesures idiothetiques d'orientation spatiale necessaires a la stabiliteposturale. Le developpement du modele est base sur les principes generaux de la dynamique de Newton-Euler, regissant le mouvement des corps contraints a osciller en trois dimensions dans un referentiel non-Galileen. Les otolithes du systeme vestibulaire constituent un exemple d'un tel systeme et ont ete modelises comme des pendules spheriques amortis. Deux types de modeles ont ete proposes. Le modele medial est constitue d'une seule oreille interne se trouvant au centre de la tête. Le modele lateral est constitue de deux oreilles internes situees lateralement par rapport au centre de la tête.

Les di fférences entre ces deux modeles sont analysees et l'hypothese de l'utilite de posseder deux d'organes vestibulaires est discutee. Un test algebrique d'observabilite des modeles non-lineaires a permis de montrer que pour que l'orientation de la tête soit une quantite observable, la tête doit  être stabilisee pendant la locomotion. Nous montrons que le probleme de l'ambiguïte gravito-inertielle peut être resolu si la tête est stabilisee horizontalement. Ces resultats ont ete appliques pour estimer la verticalite gravitationnelle lors de la locomotion dans le cas linearise et dans le cas non-lineaire.

Ces observateurs ont ete concus et testes avec des simulations numeriques. Les resultats des simulations ont montre que les erreurs d'estimation sont signi cativement plus faibles et que les observateurs convergent plus rapidement et de facon plus robuste quand la tête est stabilisee. Cela conduit a un systeme non-lineaire ou observation et la commande sont combines, qui peut être stabilise par rapport a la verticale gravitationnelle sans aucune information autre que la connaissance de la dynamique de Newton-Euler. Les resultats sont ensuite testes avec un systeme experimental specialement concu pour representer le systeme tête-cou et les organes vestibulaires. Un inclinometre utilisant un liquide a ete mis en uvre pour representer la fonction des otolithes.

Les resultats presentes dans cette these sont utiles a l'analyse de la perception spatiale chez les humains et autres animaux mobiles et pour l'amelioration des capacites sensorielles des systemes robotiques tels que les robots humanoïdes, les vehicules tout terrain, ou les
drones.


Mots clés : systeme vestibulaire, systeme tête-cou, systeme non-lineaire, observation, estimation, verticalite, perception spatiale, locomotion, robot humanoïde.