Augmentation de la taille de l’espace de travail opérationnel des robots parallèles en traversant les singularités de Type 2 : génération de trajectoires optimales et commande avancée

Increasing the size of the operational workspace of parallel manipulators by crossing Type 2 singularities : Optimal trajectory generation and advanced controlling

• Auteur / Autrice : Georges Pagis
• Direction : Philippe Martinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, productique et robotique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en communications et cybernétique (Nantes) (1958-2017)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Poignet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Poignet, Nicolas Andreff, Jean-Pierre Merlet, Sébastien Briot, Nicolas Bouton, Philippe Martinet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Andreff, Jean-Pierre Merlet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation

Trajectoires singulières (théorie de la commande)

Robots -- Systèmes de commande

Mots clés libres

Robots parallèles

Modélisation

Commande en couples calculés

Commande adaptative

Singularités

Robotique

Résumé

Afin d’augmenter la taille de l’espace de travail opérationnel des robots parallèles (largement réduit par la présence de singularités), cette thèse propose une approche consistant à traverser ces singularités. Pour permettre cette traversée, les conditions de dégénérescence du modèle dynamique des mécanismes parallèles sont d’abord étudiées. Cette étude permet de mettre en place des conditions de non dégénérescence sous forme de critères. En planifiant une trajectoire respectant ces critères, un mécanisme parallèle peut théoriquement traverser une singularité sans que les efforts ne divergent. Un contrôleur basé sur une commande en couples-calculés multi-modèle et dédié à la traversée de singularité, couplé avec une stratégie de planification de trajectoire optimale est par la suite proposé. L’ensemble des travaux présentés est validé en simulation puis expérimentalement sur un prototype de mécanismes à cinq barres développé et conçu durant la thèse.

In order to increase the size of the operational workspace of parallel robots (largely reduced by the presence of singularities), the approach proposed in this thesis consists of directly moving a mechanism through those singularities. To do so, the conditions of degeneracy of the dynamic model of parallel robots are first studied. From those conditions, it is possible to create criteria that ensure the non-degeneracy of the mechanism in a singular configuration. This allows the planning of trajectories that go from one aspect of the workspace to another through a singularity, and without any degeneracy of the dynamic model. In order to track those trajectories, a multi-model computed torque control is presented, coupled with an optimal trajectory planning strategy. Every development presented have been validated in simulation and experimentally on a prototype of a five-bar mechanism designed and manufactured during the thesis.