Postural Stability of a Powered Leg Exoskeleton
Stabilité Posturale d’un Exosquelette Actif de Jambes
Résumé
The postural stability of leg exoskeletons, no matter their purposes (medical, military or civil), is a real issue since the user is fastened to them. Indeed, in order to respect the will of the user and his movements to the maximum, we have to study the system balance. Therefore, the purpose of this thesis is to develop balance strategies for a leg exoskeleton designed for industrial applications such as static work. It is about assisting the balance of the coupled system (user +exoskeleton) by dealing with the exoskeleton’s balance subjected to the user’s action. We present a balance control which is inspired by control methods developed by CEA-LIST for the Hercule exoskeleton, as well as by human balance strategies. It is mainly based on the instantaneous capture point concept. The first contribution of this thesis is the application of a classical instantaneous capture point control to a leg exoskeleton that assists a user. The user’s intention is first detected through the position of the instantaneous capture point and the assistance provided by the exoskeleton differs. The second contribution focuses on how we candistribute the effort to the legs. The experience of the «Master-Slave » control of CEA-LIST showed that the main difficulty, for a user, is to handle the weight transfer in order to take the swing leg off and make a step. We suggest a newleg distribution, that is able to anticipate a step. The last contribution is related to the underactuation of the exoskeleton in the double support phase. We propose an optimization algorithm that aims at following the leg distribution, and at managing the interaction forces between the user and the exoskeleton.
Quel que soit le type d'exosquelettes de jambes, la question d’équilibre du système est très importante, puisqu'il s'agit de robots physiquement attachés à l'utilisateur. Dans le but de respecter au maximum la volonté de l'utilisateur ainsi que ses mouvements, cette thèse a pour objectif de développer des stratégies de commande de gestion d'équilibre pour un exosquelette d’assistance. Il s'agit alors d'assister l'équilibre du système couplé (utilisateur valide + exosquelette), en gérant l'équilibre de l'exosquelette soumis à l'action de l'utilisateur. La commande de gestion d'équilibre proposée s'inspire des commandes développées par le CEA-LIST sur les exosquelettes Hercule et des stratégies de récupération d'équilibre observées chez l'humain. Elle est essentiellement basée sur le concept du point de capture instantané. En effet,le point de capture instantané est un bon outil qui englobe aussi bien le cas statique que le cas dynamique et surtout, qui contient une information sur la direction de mouvement, ce qui nous permet d'anticiper certaines actions comme l'action de faire un pas. Les contributions de cette thèse sont alors :• l'application d'une commande du point de capture à un exosquelette d'assistance ;• la proposition d'une nouvelle répartition des efforts sur les deux jambes de l'exosquelette permettant d'anticiper les perturbations et le pas ;• la gestion du sous-actionnement (toutes les articulations ne sont pas motorisées) en phase de double support via un calcul d'optimisation qui a pour objectif de suivre la répartition des efforts désirée et de maîtriser les forces d'interaction entre l'utilisateur et l'exosquelette.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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