Ce mémoire présente des manoeuvres de réorientation appliquées à un robot articulé et à un robot mobile en chute libre. Ces manoeuvres, initialement inspirées du phénomène du chat qui atterrit toujours sur ses pattes, sont aussi attribuées à d’autres animaux, tels que certains reptiles et même les humains dans le contexte de certains sports. Les manoeuvres de réorientation ont aussi des applications dans le domaine de la robotique. En effet, de tels manoeuvres s’avèrent utiles pour le contrôle de pose d’atterrissage pour des robots susceptibles aux chutes, comme les robots sauteurs ou les robots de secours qui doivent être déployés dans des environnements dangereux et difficiles à parcourir. Dans cette optique, le travail présenté dans ce mémoire vise à développer et démontrer des manoeuvres de réorientation permettant une réorientation rapide (redressement de 180 degrés — le pire cas possible — dans le temps d’une chute d’un mètre) et multiaxe. Tout d’abord, une architecture articulée ainsi que deux manoeuvres de réorientation sont conçues afin d’atteindre les capacités de réorientation visées et les performances de cette architecture sont testées en simulation. Les résultats obtenus démontrent que l’architecture proposée est capable de se réorienter selon plusieurs axes, mais n’atteint pas les performances visées en termes de vitesse de réorientation. Par la suite, une architecture mobile omnidirectionnelle et compacte est conçue afin d’adresser les limitations de la première architecture. Un prototype de cette architecture est développé et permet d’effectuer une réorientation de 179 degrés selon son axe de tangage en 0.44 secondes tout en conservant sa capacité de se redresser selon plusieurs axes. Les performances de réorientation visées sont alors atteintes avec ce deuxième prototype. Enfin, une méthode de fusion de données par filtre de Kalman étendu servant à estimer l’orientation d’une plateforme en apesanteur est explicitée et est validée dans des conditions contrôlées. Ces résultats démontrent l’utilité de telles méthodes de fusion de données pour implémenter la planification automatique des manoeuvres de réorientation dans les itérations futures du prototype développé.

This thesis explores the application of reorientation manoeuvres to an articulated and a mobile robot architecture. These manoeuvres are often attributed to cats that are said to always land on their feet, but have also been observed in other animals and used by humans in certain sports. However, these manoeuvres are more than just a curiosity and have seen some use in the field of robotics. Indeed, reorientation manoeuvres are used for orientation control in falling robots, such as rescue robots deployed in dangerous environments, and in jumping robots. With such applications in mind, this thesis aims to develop and demonstrate fast (180-degree reorientation about one axis — the worst-case scenario — within the time of a one-metre fall), multi-axis reorientation manoeuvres. Firstly, an articulated architecture, along with two different manoeuvres, are designed in order to attain the desired reorientation capabilities and are tested in simulated conditions. The results obtained show that, although multi-axis reorientation is achieved, the required motor torques to reach the desired reorientation speeds are not feasible for the proposed architecture. Secondly, an omnidirectional mobile robot architecture is designed to address the limitations of the first architecture. A prototype of this mobile architecture is developed and is used to demonstrate a reorientation of 179 degrees about the pitch axis in 0.44 seconds as well as a reorientation about multiple axes. Therefore, with this prototype, the desired reorientation capabilities are achieved. Finally, the use of sensor fusion methods based on extended Kalman filtering in the context of estimation of the orientation of a free-floating platform is studied. The results obtained from this study support the viability of using such methods for on-board trajectory planning in future iterations of the developed prototype.