Modélisation et commande d'un manipulateur mobile efficace de désamiantage

Modeling and control of an efficient asbestos removal mobile manipulator

• Auteur / Autrice : Siddharth Bharamu Maraje
• Direction : Jean-Christophe Fauroux, Belhassen Chedi Bouzgarrou, Lounis Adouane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et Systèmes
• Date : Soutenance le 10/07/2020
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathias Hüsing, Mohamed Amine Laribi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Caro, Véronique Perdereau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande automatique

Désamiantage

Modèles mathématiques

Robots mobiles

Mots clés libres

Modélisation de robots en série

Commande de robots

Manipulateur mobile

Performance du manipulateur

Dynamique du robot

Planification de la trajectoire

Modeling serial robots

Control of robots

Mobile manipulator

Manipulator performance

Robot dynamics

Trajectory planning

Résumé

La thèse s'inscrit dans le cadre du projet de recherche et d'innovation H2020 de l'Union européenne Bots2ReC (Robots to Re-Construction : https://www.bots2rec.eu/) qui vise à automatiser l'application du désamiantage des habitations et à fournir une solution robotique innovante. Il a fallu concevoir des manipulateurs mobiles spécifiques pour nettoyer des plafonds de trois mètres de haut et passer des portes étroites de quatre-vingts centimètres. Le résultat est un manipulateur mobile très lourd qui est enclin à l'instabilité, même au niveau postural, ainsi que pendant l'opération dynamique. Dans ce travail, la question de la stabilité dynamique du manipulateur mobile effectuant la tâche est abordée. La base mobile est statique à une position et le bras robotique effectue une opération de broyage.La première étape de notre travail est la sélection structurelle de l'architecture robotique, en utilisant l'inférence de règles de conception combinée avec un squelette géométrique préliminaire du robot avec le logiciel Geogebra. Ensuite, le cas d'utilisation du désamiantage est modélisé dynamiquement pour identifier la clé de réaction pendant les différents scénarios de nettoyage, c'est-à-dire le mur, le plafond et le sol. Un modèle dynamique multicorps de l'unité robotique est construit dans ADAMS pour valider les analyses effectuées par le modèle numérique de MATLAB. Des analyses de stabilité posturale et dynamique des deux unités robotiques résultant des architectures à deux bras sont effectuées pour étudier la stabilité et le comportement de manipulation. Sur la base de ces résultats, des directions adaptées à une opération de broyage stable sont démontrées.

The dissertation is a part of European Union’s H2020 research and innovation Bots2ReC project(Robots to Re-Construction: https://www.bots2rec.eu/) aiming to bring automation in the application of asbestos removal from inhabitations and providing an innovative robotic solution. Specific mobile manipulators for cleaning three-meter-high ceilings and passing through narrow doors of eighty centimeter had to be designed. The resulting design is a top-heavy mobile manipulator that is prone to instability even at postural level as well as during the dynamic operation. In this work, the issue of the dynamic stability of the mobile manipulator performing task is addressed. The mobile base is static at a position and the robotic arm performs grinding operation.The first step of our work is structural selection of the robotic architecture, using inference of design rulescombined with a preliminary geometric skeleton of the robot with the GeoGebra software. Thereafter, asbestos removal use case is dynamically modelled to identify reaction wrench during different cleaning scenarios, i.e. wall, ceiling and ground. A multibody dynamic model of the robotic unit is built in ADAMS to validate analyses performed by numerical model of MATLAB. Postural and dynamic stability analyses of the two robotic units resulting from two arm architectures are performed to study the stability and manipulation behavior. Based on this, directions suitable for stable grinding operation is demonstrated.