Collaborative Mobile Cable-Driven Parallel Robots

par Tahir Rasheed

Thèse de doctorat en Robotique - Mécanique

Sous la direction de Stéphane Caro.

Soutenue le 09-12-2019

à l'Ecole centrale de Nantes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Nantes) , en partenariat avec Laboratoire des sciences du numérique de Nantes (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Pierre Merlet.

Le jury était composé de Stéphane Caro, Jean-Pierre Merlet, Hélène Chanal, Philippe Cardou, Philip Long, Adolfo Suarez Roos, David Alberto Márquez-Gámez.

Les rapporteurs étaient Jean-Pierre Merlet, Hélène Chanal.

  • Titre traduit

    Collaborative Robot parallèle à câble mobile


  • Résumé

    Cette thèse présente un nouveau concept de robots parallèles à câble mobile (RPCM) comme un nouveau système robotique. RPCM est composé d'un robot parallèle à câble (RPC) classique monté sur plusieurs bases mobiles. Les RPCMs combinent l'autonomie des robots mobiles avec les avantages des RPCs, à savoir un grand espace de travail, un rapport charge utile/poids élevé, une faible inertie de l'effecteur final, une capacité de déploiement et une reconfigurabilité. De plus, les RPCMs présentent une nouvelle innovation technique qui pourrait contribuer à apporter plus de flexibilité et de polyvalence par rapport aux solutions robotiques industrielles existantes. Deux prototypes de RPCMs appelés FASTKIT et MoPICK ont été développés au cours de cette thèse. FASTKIT est composé de deux bases mobiles portant une plate-forme mobile à six degrés de liberté, tirée par huit câbles, dans le but de fournir une solution robotique économique et polyvalente pour la logistique. MoPICK est composé d'une plate-forme mobile à trois degrés de liberté tirée par quatre câbles montés sur quatre bases mobiles. Les applications ciblées de MoPICK sont des tâches mobiles dans un environnement contraint, par exemple un atelier ou des opérations logistiques dans un entrepôt. Les contributions de cette thèse sont les suivantes. Tout d'abord, toutes les conditions nécessaires à l'atteinte de l'équilibre statique d'un RPCM sont étudiées. Ces conditions sont utilisées pour développer un algorithme de distribution de tension pour le contrôle en temps réel des câbles RPCM. Les conditions d'équilibre sont également utilisées pour étudier l'espace de travail clé en main des RPCMs. Ensuite, les performances cinématiques et les capacités de torsion des RPCMs sont étudiées. Enfin, la dernière partie de la thèse présente des stratégies de planification de trajectoires multiples pour les RPCMs afin de reconfigurer l'architecture géométrique du RPC pour réaliser la tâche souhaitée.


  • Résumé

    This thesis presents a novel concept of Mobile Cable - Driven Parallel Robots (MCDPRs) as a new robotic system. MCDPR is composed of a classical C able - D riven P a rallel R obot (CDPR) mounted on multiple mobile bases. MCDPRs combines the autonomy of mobile robots with the advantages of CDPRs, namely, large workspace, high payload - to - weight ratio, low end - effector inertia, deployability and reconfigurability. Moreover , MCDPRs presents a new technical innovation that could help to bring more flexibility and versatility with respect to existing industrial robotic solutions. Two MCDPRs prototypes named FASTKIT and MoPICK have been developed during the course of this the sis. FASTKIT is composed of two mobile bases carrying a six degrees - of - freedom moving - platform, pulled by eight cables , with a goal to provide a low cost and versatile robotic solution for logistics. MoPICK is composed of a three degrees - of - freedom movi ng - platform pulled by four cables mounted on four mobile bases. The targeted applications of MoPICK are mobile tasks in a constrained environment, for example, a workshop or logistic operations in a warehouse. The contributions of this thesis are as follow s. Firstly, all the necessary conditions are studied that required to achieve the static equilibrium of a MCDPR . These conditions are used to develop a Tension Distribution Algorithm for the real time control of the MCDRP cables. The equilibrium conditions are also used to investigate the Wrench - Feasible - Workspace of MCDPRs. Afterwards, the kinematic performance and twist capabilities of the MCDPRs are investigated. Finally, the last part of the thesis presents multiple path planning strategies for MCDPRs i n order to reconfigure the CDPR’s geometric architecture for performing the desired task.


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