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soutenance

Soutenance de thèse de Konstantin AKHMADEEV (équipes ReV et SIMS)

Konstantin Akhmadeev, doctorant au sein des équipes ReV et SIMS, soutiendra sa thèse intitulée « Modèles probabilistes fondés sur la décomposition d’EMG pour la commande de prothèses »

mercredi 20 novembre 2019 à 14h, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :

  • Directeur thèse : AOUSTIN Yannick
  • Co-encadrant : LE CARPENTIER Eric
  • Rapporteurs :  SERVIERE Christine (CR CNRS, GIPSA), MARIN Frédéric (BMBI, U Compiègne)
  • Examinateurs : FARINA Dario (Imperial College London), PEREON Yann (Institut du Thorax), NORDEZ Antoine (EA 4334, U Nantes)

Résumé :
Le pilotage moderne de prothèse robotisée de bras peut être sensiblement amélioré par l’utilisation de la décomposition d’EMG. Cette technique permet d’extraire l’activité des motoneurones de la moelle épinière, une représentation directe de la commande neuronale. Cette activité, qui est insensible aux facteurs non-liés au mouvement, tels que le type ou la position d’électrode EMG, est essentielle pour le pilotage des prothèses.
Cependant les méthodes de décomposition existantes ne fournissent que l’activité d’un nombre limité de motoneurones. Cette information peut être considérée insuffisante pour en inférer l’intention de l’utilisateur. Dans ce travail, nous présentons une approche probabiliste qui utilise les modèles existants de la relation entre les activités des motoneurones et le mouvement. Nous comparons cette approche à une approche plus conventionnelle et montrons qu’elle fournit de meilleurs résultats même quand elle est alimentée avec un nombre très bas de motoneurones décomposés.
Pour évaluer sa performance dans un environnement contrôlé, nous avons développé un modèle physiologique de simulation d’EMG et de contraction de muscle. De plus, une analyse sur les signaux expérimentaux a été réalisée.

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Abstract:
Modern prosthetic control can be significantly enhanced due to the use of EMG decomposition. This technique permits to extract the activity of motor neurons that control the movement, thus giving a direct representation of neural command. This activity, being unaltered by factors non-related to motion, such as type and position of EMG electrode, is of great interest in prosthetic control.
Existing real-time decomposition methods, however, provide activities of a very limited number of motor neurons (up to ten). This can be considered insufficient for intent inference. In this work, we present a probabilistic approach to intent inference that uses existing models of relations between the behavior of motor neurons and the movement. We compare our approach with a conventional one presented in the literature and show that it produces significantly better results when provided with a small number of decomposed motor neurons.
To assess its performance in a fully controlled environment, we have developed a physiology-based simulation model of EMG and muscle contraction. Moreover, the analysis was also performed using experimental recordings of muscle contractions.

Soutenance de thèse de Elias TAHOUMI (équipe Commande)

Elias Tahoumi, doctorant au sein de l’équipe Commande, soutiendra sa thèse intitulée « Nouvelles stratégies de commandes robustes combinant des  approches linéaires et par mode glissant » / « New robust control schemes linking linear and sliding mode approaches »

lundi 9 décembre 2019 à 10h30, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :

  • Directeur thèse : PLESTAN Franck, GHANES Malek
  • Co encadrant : BARBOT Jean Pierre (ENSEA, QUARTZ)
  • Rapporteurs : MORENO PEREZ Jaime Alberto (U. Mexico), MANAMANNI Noureddine (U Reims)
  • Autres membres : NICOLAU Florentina (ENSEA, QUARTZ)

Résumé :
Ce travail de thèse porte sur la conception des lois de commande pour des systèmes non linéaires, incertains et perturbés; ces lois de commande sont basées à la fois sur des approches par mode glissant, et sur des techniques linéaires. Les commandes par mode glissant (notamment d’ordre supérieur) sont connues pour leur robustesse face aux perturbations et incertitudes ainsi que pour leurs performances en terme de précision. Cependant, elles sont énergivores. Le retour d’état linéaire est connu pour être une commande lisse et à faible consommation d’énergie, mais il est très sensible aux perturbations et incertitudes. Le premier objectif de cette thèse est le développement de lois de commande présentant les avantages à la fois de la commande par mode glissant (robustesse et précision) et du retour d’état linéaire (faible consommation d’énergie). Le deuxième objectif est de montrer l’applicabilité des méthodes proposées aux systèmes physiques réels, notamment le banc électropneumatique de LS2N. Des applications sont également effectuées sur un système éolien.

Mots-clés : Modes glissant d’ordre un, modes glissants d’ordre deux, modes glissants d’ordre supérieur, système électropneumatique, système éolien.

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Abstract: This work deals with the design of control laws for nonlinear, uncertain and perturbed systems based on sliding mode control and linear state feedback. Sliding mode control is known for its robustness versus perturbations and uncertainties as well as high accuracy tracking; however, it is high energy consuming. The linear state feedback is known to be a smooth control and low energy consuming, but it is highly sensitive to perturbations and uncertainties. The first objective of this thesis is the development of control laws that have the advantages of both sliding mode control (robustness and accuracy) and linear state feedback (low energy consumption). The second objective is to show the applicability of the proposed methods to real physical systems, notably the LS2N electropneumatic bench. Applications are also made on a wind system physical systems, notably the LS2N electropneumatic bench. Applications are also made on a wind system.

Keywords: First order sliding mode, Second order sliding mode, higher order sliding mode, electropneumatic system, wind system.

Soutenance de thèse de Tahir RASHEED (équipe RoMaS)

Tahir Rasheed, doctorant au sein de l’équipe RoMaS, soutiendra sa thèse intitulée « Collaborative Mobile Cable-Driven Parallel Robots »

lundi 9 décembre 2019 à 14h, dans l’amphi S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :

  • Directeur thèse : CARO Stéphane
  • Co encadrant : MARQUEZ GAMEZ David (U Liverpool)
  • Rapporteurs : CARDOU Philippe ( U Laval Québec), CHANAL Hélène (SIGMA Clermont, Institut Pascal)
  • Autres membres : MERLET Jean-Pierre (Inria Sophia), LONG Philip (Irish Manufacturing Research), SUAREZ ROOS Adolfo (IRT JV°

 

Soutenance de thèse de Christian EL HAJJ (équipe SIMS)

Christian El Hajj, doctorant au sein de l’équipe SIMS, soutiendra sa thèse intitulée « Estimation et classification des cartographies des temps de relaxation en IRM. Application aux tissus végétaux » / « Multi-exponential relaxation times estimation and classification in MRI. Application to vegetal tissus »

lundi 16 décembre 2019 à 10h30, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :

  • Directeur thèse : MOUSSAOUI Said
  • Co-encadrant : COLLEWET Guylaine (IRSTEA), MUSSE Maja (IRSTEA)
  • Rapporteurs : CIUCU Philippe (CEA Saclay), DE ROCHEFORT Ludovic (CRMBM)
  • Autres membres : RUAN Su (LITIS), COMMOWICK (IRISA Inria), BONNY Jean-Marie (INRA)

Résumé :
L’acquisition de données de relaxation en imagerie de résonance magnétique permet une analyse très fine de la composition des tissus. L’analyse est classiquement réalisée à l’aide de modèles mono-exponentiels au sein de chaque voxel de l’image, mais des informations plus riches peuvent être obtenues à l’aide d’un modèle de décroissance multi-exponentielle. Cependant, l’obtention puis l’exploitation des cartographies des temps de relaxation multiexponentielles à l’échelle d’une image entière, à partir des données IRM de module, nécessitent la résolution d’un problème inverse de grande taille. Ce travail de thèse propose des algorithmes de reconstruction des cartographies des temps de relaxation multi-exponentielles et des intensités relatives associées à l’échelle du voxel. Ces algorithmes de reconstruction sont fondés sur l’estimateur du maximum de vraisemblance exploitant l’hypothèse d’un bruit de Rice, inhérent aux images de module, et une régularisation spatiale favorisant la régularité des cartographies. Le problème d’optimisation en grande dimension qui en résulte est résolu en utilisant une approche de descente itérative par majoration-minimisation couplée à un algorithme de Levenberg-Marquardt avec recherche de pas. Enfin, nous proposons une méthode de caractérisation de la composition des images à partir des paramètres estimés en utilisant des algorithmes de classification. Les développements de la thèse font l’objet d’application à l’analyse de tissus végétaux.

Mots-clés : Relaxométrie IRM, Bruit de Rice, Modèle Multi-exponentiel, Classification, Majoration-Minimisation, Estimation conjointe.

Abstract:

Acquired relaxation data in magnetic resonance imaging makes it possible to conduct fine analysis of tissues composition. Conventionally, the analysis is realized by adopting a mono-exponential model at each voxel of the image, yet, a multi-exponential decay model may provide richer information. However, obtaining and interpreting multi-exponential relaxation time maps at the whole image level, from magnitude MRI images, requires solving a large scale inverse problem. This thesis work proposes algorithms for multiexponential relaxation times and their associated intensities maps reconstruction. These algorithms are based on the maximum-likelihood estimator under the hypothesis of a Rician noise distribution, case of magnitude images, and a spatial regularization favoring the regularity of the maps. The resulting large-scale optimization problem is solved using an iterative descent approach by majorization-minimization coupled with a Levenberg-Marquardt algorithm with step search. Finally, we propose a method for image composition characterization from the estimated parameters using classification algorithms. The developed algorithms in this thesis are applied to vegetal tissue analysis.

Keywords: MRI relaxometry, Rician noise, Multi-exponential model, Classification, Majorization-Minimization, Joint estimation

 

Soutenance de thèse de Gaëtan GILBERT (équipe Gallinette)

Gaëtan Gilbert, doctorant au sein de l’équipe Gallinette, soutiendra sa thèse intitulée « Une théorie des types avec insignifiance des preuves définitionnelle » / « A type theory with definitional proof-irrelevance »

vendredi 20 décembre 2019 à 10h, dans l’amphi Besse de l’IMT-A.

Jury :
Directeur thèse : TABAREAU Nicolas
Co encadrant : SOZEAU Matthieu (CR Inria)
Rapporteurs : ABEL Andreas (Chalmers Techniska Hogskola AB), SPITTERS Bas (Aarhus University)
Autres membres : MAHBOUBI Assia, BERTOT Yves (DR Inria Antipolis), SMOLKA Gert (Saarland University)

Résumé : L’égalité définitionnelle, aussi appelée conversion, pour une théorie des types avec une vérification de type décidable est l’outil le plus simple pour prouver que deux
objets sont les mêmes, laissant le système décider en utilisant uniquement le calcul. Par conséquent, plus il y a de choses égales par conversion, plus il est simple d’utiliser un
langage basé sur la théorie des types. L’insignifiance des preuves, indiquant que deux preuves quelconques de la même proposition sont égales, est une manière possible
d’étendre la conversion afin de rendre une théorie des types plus puissante. Cependant, ce nouveau pouvoir a un prix si nous l’intégrons naïvement, soit en rendant la vérification
de type indécidable, soit en réalisant de nouveaux axiomes—tels que l’unicité des preuves d’identité (UIP)—qui sont incompatibles avec d’autres extensions, comme l’univalence.
Dans cette thèse, nous proposons un moyen général d’étendre une théorie des types avec l’insignifiance des preuves, de manière à ce que la vérification du type soit décidable
et est compatible avec l’univalence. Nous fournissons un nouveau critère pour décider si une proposition peut être éliminée sur un type (en corrigeant et en améliorant la règle
d’élimination des singletons de Coq) en utilisant des techniques provenant de développements récents du filtrage dépendant sans UIP. Nous fournissons aussi une preuve de
la décidabilité du typage à base de relations logiques. Cette extension de la théorie des types a été implementée dans les assistants de preuve Coq et Agda.

Mot-clés : Assistant de preuve, Coq, insignifiance des preuves, univers, UIP

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Abstract: Definitional equality, a.k.a conversion, for a type theory with a decidable type checking is the simplest tool to prove that two objects are the same, letting the system decide just using computation. Therefore, the more things are equal by conversion, the simpler it is to use a language based on type theory. Proof-irrelevance, stating that any two proofs of the same proposition are equal, is a possible way to extend conversion to make a type theory more powerful. However, this new power comes at a price if we integrate it naively, either by making type checking undecidable or by realizing new axioms—such as uniqueness of identity proofs (UIP)—that are incompatible with other extensions, such as univalence. In this thesis, we propose a general way to extend a type theory with definitional proof irrelevance, in a way that keeps type checking decidable and is compatible 
with univalence. We provide a new criterion to decide whether a proposition can be eliminated over a type (correcting and improving the so-called singleton elimination of Coq) byusing techniques coming from recent development on dependent pattern matching without UIP. We show the decidability of type checking using logical relations. This extension of type theory has been implemented both in Coq and Agda.

Keywords: Proof assistant, Coq, proof-irrelevance, universes, UIP

Soutenance de thèse d’Amir MESSALI (équipe Commande)

Amir Messali, doctorant au sein de l’équipe Commande, soutiendra sa thèse intitulée « Contribution à l’estimation de position des machines synchrones par injection des signaux à haute fréquence : application à la propulsion des véhicules hybrides/électriques« .

vendredi 22 novembre 2019 à 10h dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :

  • Directeur thèse : GHANES Malek
  • Co directeur thèse : HAMIDA Mohamed
  • Rapporteurs :  BESANCON Gildas (GIPSA-Lab INP Grenoble), FADEL Maurice (LAPLACE ENSEEIHT/INPT Toulouse)
  • Autres membres : LIN-SHI Xuefang (AMPERE INSA Lyon), MARTIN Philippe (Ecole des Mines de Paris)
  • Invités : KOTEICH Mohamad (Renault) et BOUARFA Abdelkader (Renault)

Soutenance de thèse de Tzila AJAMIAN (équipe SIMS)

Tzila Ajamian, doctorante au sein de l’équipe SIMS, soutiendra sa thèse intitulée « Exploration de l’Acquisition Comprimée appliquée à la Réflectométrie » / « Exploration of Compressive Sampling for Wire Diagnosis Systems Based on Reflectometry »

jeudi 24 octobre à partir de 10h, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :

  • Directeur thèse : MOUSSAOUI Said, DUPRET Antoine (CEA LIST)
  • Rapporteurs : CHABERT Marie (INP Toulouse), DEGARDIN Virginie (Institut d’électronique de microélectronique et de nanotechnologie)
  • Autres membres : CHAUX Caroline (I2M), ZHANG Qinghua (INRIA)
  • Membre invité : Olivier Henri Roux

Résumé : La réflectométrie, une technique utilisée en diagnostic filaire, permet la détection et la localisation de défauts des câbles. Alors que, les Convertisseurs Analogique-Numérique sont indispensables dans les architectures de la réflectométrie, la nécessité du respect de la condition de Shannon et le besoin d’effectuer des traitements en temps réel limitent les fréquences maximales des signaux injectés, et par conséquent réduit la précision de la localisation. Pour une première fois dans le contexte du diagnostic filaire, cette étude intègre l’échantillonnage comprimé du signal réfléchi afin d’améliorer les performances de ce système. Pour cela, en analysant les signaux multi-porteuses employés pour la réflectométrie, nous proposons les dictionnaires adaptées induisant la parcimonie. Ainsi, grâce aux techniques d’acquisition comprimée et aux encodeurs analogique adéquats, nous proposons un schéma d’échantillonnage permettant de reconstruire le réflectogramme avec une fréquence d’échantillonnage moins élevée tout en garantissant d’identifier les défauts proches.

Mots-clés : Diagnostique filaire, réflectométrie, acquisition comprimée, convertisseur analogique-numérique

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Abstract: Reflectometry, a wire diagnosis technique, allows to detect and localize electrical defects in networks efficiently. In order to achieve a very precise online diagnosis without altering the functioning of a network, reflectometry methods should use specific wideband Multi-Carrier signals, whose generation requires dedicated numerical tools. The underlying architecture of any reflectometry system for the injection of the signal requires appropriate Digital-to-Analog Converters. Yet, measuring the reflected signal should be performed using Analog-to-Digital Converters capable of reaching high sampling frequencies together with sufficient resolution. Such converter are either extremely expensive or beyond nowadays state of the art. In that respect, this study addresses a new architectural approach for designing such reflectometry systems based on Compressive Sampling method bypassing the Nyquist rate. Thus, thanks to the compressed acquisition and its analog encoder, we succeed in reconstructing the reflectogram with a lower sampling frequency and also in identifying nearby defects.

Keywords: Wire diagnosis, Compressive Sampling, analog-digital convertor.

Soutenance de thèse de Basma El Amel BOUSSAHA (équipe TALN)

Basma El Amel Boussaha, doctorante au sein de l’équipe TALN, soutiendra sa thèse intitulée « Recherche de réponses pour les systèmes de dialogue basés sur la recherche de réponse de bout en bout » / « Response selection for end-to-end retrieval-based dialogue systems »

mercredi 23 octobre 2019 à 14h, dans l’amphi du bâtiment 34 sur le site de la FST.

Jury :
– Directeur thèse : Emmanuel MORIN
– Co- encadrants : Nicolas HERNANDEZ, Christine JACQUIN
– Examinateurs : Sophie ROSSET (LIMSI), Frédéric BECHET (LIS), Yannick ESTEVE (LIA)

Résumé : Le besoin croissant en assistance humaine a poussé les chercheurs à développer des systèmes de dialogue automatiques, intelligents et infatigables qui conversent avec les humains dans un langage naturel pour devenir soit leurs assistants virtuels ou leurs compagnons. L’industrie des systèmes de dialogue est devenue populaire cette dernière décennie, ainsi, plusieurs systèmes ont été développés par des industriels comme des académiques. Dans le cadre de cette thèse, nous étudions les systèmes de dialogue orientés vers la tâche comme la réservation de restaurants en cherchant la réponse la plus appropriée à la conversation parmi un ensemble de réponses prédéfini. Le défi majeur de ces systèmes est la compréhension de la conversation et l’identification des éléments qui décrivent le problème et la solution qui sont souvent implicites. La plupart des approches
récentes sont basées sur des techniques d’apprentissage profond qui permettent de capturer des informations implicites. Souvent, ces approches sont complexes ou dépendent fortement du domaine. Nous proposons une approche de recherche de réponse de bout en bout, simple, efficace et indépendante du domaine et qui permet de capturer ces informations implicites. Nous effectuons également des analyses profondes afin de déterminer des pistes d’amélioration.

Mot-clés : Apprentissage profond, systèmes de dialogue orientés tâche, chatbots, systèmes de recherche, réseaux de neurones

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Abstract: The increasing need of human assistance pushed researchers to develop automatic, smart and tireless dialogue systems that can converse with humans in natural language to be either their virtual assistant or their chat companion. The industry of dialogue systems has been very popular in the last decade and many systems from industry and academia have been developed. In this thesis, we study task-oriented retrieval-based dialogue systems which aim to fulfill a specific task such as restaurant booking by retrieving the most appropriate response to the conversation among a set of predefined responses. The main challenge of these systems is to understand the conversation and identify the elements that describe the problem and the solution which are usually implicit. Most of the recent approaches are based on deep learning techniques which can automatically capture implicit information. However these approaches are either complex or domain dependent. We propose a simple, end-to-end and efficient retrieval-based dialogue system that first matches the response with the history of the conversation on the sequencelevel and then we extend the system to multiple levels while keeping the architecture simple and domain independent. We perform several deep analyzes to determine possible improvements.

Keywords: Deep learning, goal-oriented dialogue systems, chatbots, retrieval-systems, neural networks

Soutenance de thèse de Julien LANGLOIS (équipe IPI)

Julien Langlois, doctorant au sein de l’équipe IPI, a soutenu sa thèse de doctorat intitulée « Vision industrielle et réseaux de neurones profonds – Application au dévracage de pièces industrielles en plastique » / « Industrial image processing and deep neural networks – Application to industrial plastic parts bin-picking »

mercredi 28 août 2019 à Polytech.
Cette thèse CIFRE est l’issue d’une collaboration entre le LS2N et l’entreprise Multitude-Technologies basée à Laval.

Jury :
Rapporteur : M. Cédric DEMONCEAUX, Professeur de l’université de Bourgogne
Rapporteur : M. Antoine TABBONE, Professeur de l’université de Lorraine
Examinatrice : Mme Véronique EGLIN, Professeure de l’INSA Lyon
Examinateur : M. Vincent LEPETIT, Professeur de l’université de Bordeaux
Directeur de thèse : M. Christian VIARD-GAUDIN, Professeur de l’université de Nantes
Co-directeur de thèse : M. Nicolas NORMAND, Professeur de l’université de Nantes
Encadrant de thèse : M. Harold MOUCHÈRE, MCF HDR de l’université de Nantes
Membre invité : Mme Morgane TANGUY, Docteure, responsable R&D du groupe WEDO

Résumé :
Ces travaux de thèse présentent une méthode d’estimation de pose de pièces industrielles en vue de leur dévracage à partir d’un système mono-caméra 2D en utilisant une approche par apprentissage avec des réseaux profonds. Dans un premier temps, des réseaux de neurones assurent la segmentation d’un nombre prédéterminé de pièces dans la scène. En appliquant le masque binaire d’une pièce à l’image originale, un second réseau infère la profondeur locale de cet objet. En parallèle des coordonnées de la pièce dans l’image, cette profondeur est employée dans deux réseaux estimant à la fois l’orientation de l’objet sous la forme d’un quaternion et sa translation sur l’axe Z. Enfin, un module de recalage travaillant sur la rétro-projection de la profondeur et le modèle 3D de l’objet, permet d’affiner la pose prédite par les réseaux. Afin de pallier le manque de données réelles annotées dans un contexte industriel, un processus de création de données synthétiques est proposé. En effectuant des rendus aux multiples luminosités, la versatilité du jeu de données permet d’anticiper les différentes conditions hostiles d’exploitation du réseau dans un environnement de production.

Abstract :
This work presents a pose estimation method from a rgb image of industrial parts placed in a bin. In a first time, neural networks are used to
segment a certain number of parts in the scene. After applying an object mask to the original image, a second network is inferring the local depth
of the part. Both the local pixel coordinates of the part and the local depth are used in two networks estimating the orientation of the object as
a quaternion and its translation on the Z axis. Finally, a registration module working on the back-projected local depth and the 3D model of the
part is refining the pose inferred from the previous networks. To deal with the lack of annotated real images in an industrial context, an data
generation process is proposed. By using various light parameters, the dataset versatility allows to anticipate multiple challenging exploitation
scenarios within an industrial environment.

Soutenance de thèse de Rafael BALDERAS HILL (équipe ARMEN)

Rafael Balderas Hill, doctorant au sein de l’équipe ARMEN, soutiendra sa thèse intitulée « Conception des robots rapides à consommation énergétique drastiquement réduite » / « Design of high-speed robots with drastically reduced energy consumption »

mercredi 25 septembre 2019 à 10h30, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :
– Directeur thèse : BRIOT Sébastien, CHRIETTE Abdelhamid, MARTINET Philippe (co-encadrant)
– Rapporteurs : ANDREFF Nicolas (FEMTO-ST), BOUZGARROU Belhassen (Université de Clermont-Ferrand)
– Autres membres : CHEVALLEREAU Christine, MANSARD Nicolas (LAAS), PASQUI Viviane (GEMA)

Résumé : Il est bien connu qu’un des plus importants défis de la robotique industrielle est d’augmenter l’efficacité énergétique des robots manipulateurs. Dans les applications
industrielles, telles que les opérations de prise et dépose à grande vitesse, la précision est généralement le critère le plus important pour mesurer les performances du robot. Cependant, les méthodes de conception des robots rapides ont évolué vers la conception des robots, pas seulement précis, mais également performants sur le plan énergétique.
Cette thèse propose un principe d’actionnement pour réduire la consommation d’énergie des robots à grande vitesse en plaçant des ressorts à raideur variable en parallèle des
actionneurs d’un robot rapide. L’idée est de régler la raideur de ces ressorts à l’aide d’autres actionneurs afin de mettre le robot à proximité de modes de résonance lors de son
déplacement (les trajectoires de prise et dépose étant pseudo-oscillantes). En ajoutant un ressort à raideur variable en parallèle des liaisons actionnées par le robot, deux
performances sont obtenues: i) la connexion directe entre les liaisons du moteur et du robot, garantissant ainsi la précision à grande vitesse, et ii) le contrôle de l’énergie potentielle stockée à libérer par cycle du mouvement de prise et dépose, exploitant ainsi la dynamique naturelle du robot à haute vitesse et réduisant la consommation d’énergie.
Les résultats expérimentaux de l’approche suggérée sur un prototype de taille industrielle montrent la réduction drastique de la consommation d’énergie pour des mouvements
rapides pseudo-oscillants.

Mots-clés : robots rapides de prise et dépose, ressort à raideur variable, exploiter la dynamique naturelle, échange entre énergie potentielle et énergie cinétique, réduction de la consommation d’énergie.

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Abstract: It is well-known that one of the most representative future challenges in industrial robotics, is to increase the energy efficiency of robot manipulators. In industrial applications, such as high-speed pick-and-place operations, the accuracy is typically the most important criteria to measure the robot performance. Nevertheless, the design trends to operate at high speeds are shifting to the design of robots, which are not only accurate, but also they can perform in an energy-efficient way. This thesis proposes an actuation principle for reducing the energy consumption of high-speed robots by placing variable stiffness springs (VSS) in parallel to the motors that actuate the links of a high-speed robot. The main idea is to smartly tune online the force/displacement relation of the VSS, associated to the VSS stiffness, so that the robot is put in near a resonance mode, thus considerably decreasing the energy consumption during fast pseudoperiodic pick-and-place motions. By adding a spring with controllable stiffness in parallel to the robot actuated links, two performances are achieved: i) direct power connection between the motor and the robot links, thus ensuring accuracy at high-speeds; ii) control of the stored potential energy to be released per cycle of the pick-and-place motion, thus exploiting the robot natural dynamics at highspeeds, and therefore reducing the energy consumption. The experimental results of the suggested approach on an industrial-sized prototype show the drastic reduction of energy consumption for fast quasi-periodic pick-and-place-like motions.

Keywords: high-speed pick-and-place robots, variable stiffness springs, exploiting the natural dynamics, exchange from potential to kinetic energy, reduction of the energy consumption

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