Thèse soutenue

Conception et contrôle vibratoire d’un robot parallèle à câbles pour l’impression 3D
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Auteur / Autrice : Florian Lacaze
Direction : Simon ChesneDidier Rémond
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie mécanique
Date : Soutenance le 09/12/2021
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
Equipe de recherche : DCS - Dynamique et Contrôle des Structures
Jury : Président / Présidente : Belhassen-Chedli Bouzgarrou
Examinateurs / Examinatrices : Simon Chesne, Didier Rémond, Belhassen-Chedli Bouzgarrou, Arnaud Deraemaeker, Marc Gouttefarde, Hélène Chanal
Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Deraemaeker, Marc Gouttefarde

Résumé

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Le déploiement des robots parallèles à câbles (RPC) dans l’industrie est en cours d’étude pour leur faible coût de réalisation et leur grand espace de travail dans des domaines applicatifs très variés. Par ailleurs, l’usage de câbles pour la transmission entraîne une réduction des masses des parties mobiles par rapport à une transmission rigide, ce qui permet d’accéder à une plus grande capacité d’accélérations. Cependant, la faible rigidité d’un RPC pose des problèmes de précision et de vibrations. Cette thèse s’articule autour de trois axes : l’étude et la conception d’un RPC pour l’impression 3D, la synthèse de lois de commande pour suivre une trajectoire et le contrôle des vibrations du RPC. Trois améliorations d’un contrôleur proportionnel intégral dérivé sont présentées pour le suivi de trajectoire. Elles sont implémentées dans des modèles numériques de robots à deux et huit câbles et sont intégrés sur un prototype de robot à deux câbles. Ces contrôleurs permettent de réduire le temps de réponse et d’augmenter la précision du robot. Le contrôle vibratoire est obtenu grâce à deux tendons actifs chacun composé d’un actionneur et d’un capteur piézoélectriques. Une étude théorique de l’autorité des tendons actifs permet de concevoir des lois de contrôle pour maximiser la réduction des vibrations. Les tendons actifs sont intégrés sur un prototype de robot à huit câbles et permettent de réduire les niveaux de vibration des six modes du robot avec des réductions supérieures à 6 dB pour plusieurs modes. Des tests ont été réalisés sur différentes possibilités de positionnement des tendons actifs et mettent clairement en évidence les réductions vibratoires obtenues pour les premières trajectoires représentatives.