Modélisation du comportement géométrique d’une machine à structure parallèle hyperstatique : application aux machines-outils

Geometric model of over-constrained parallel kinematic machine : Application to machine-tool

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Guyon
• Direction : Hélène Chanal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 30/03/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• 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 : Président / Présidente : Jean-Marc Linares
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Boudon, Benoît Blaysat, Fabien Viprey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Caro, Sylvain Lavernhe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Machines-outils -- Commande numérique

Mots clés libres

Identification

Machine-outils à structure parallèle

Modèle Géométrique

Résolution explicite

Stationnarité

Identification

Parallel machine tools

Résumé

Les Machine-Outils à Commande Numérique (MOCN) se divisent en deux familles architecturales : les machines à architecture sérielle et les machines à architecture parallèle. Les travaux présentés se concentrent sur les MOCN à architecture parallèle, avec pour cas d'application les machines TriMule 600 et Tripteor X7. La modélisation géométrique de ces machines permet d'obtenir la transformation géométrique, à des fins de pilotage dans la commande numérique. Ces travaux ont été réalisés en lien avec le projet européen ECSASDPE H2020.L'approche présentée se décompose en deux parties. La première partie se consacre à la modélisation géométrique nominale et complète des deux machines étudiées suivie d'une résolution explicite.L'objectif de cette partie est de s'affranchir de l'optimisation numérique actuellement nécessaire dans les modèles géométriques directs.Le paramétrage des deux machines est réalisé de manière à faciliter l'obtention du modèle géométrique par la méthode des fermetures géométriques.Une résolution est engagée afin d'obtenir des relations explicites entre les différents paramètres articulaires et paramètres des taches de chacune des machines.Les architectures différentes des deux machines étudiées ne permettent pas d'aboutir a une résolution totalement explicite.Une optimisation est donc toujours nécessaire pour avoir le modèle géométrique direct complet.Dans la seconde partie, une nouvelle modélisation géométrique est réalisée pour décrire une architecture hyperstatique avec des défauts.Cette modélisation est dans un premier temps appliquée a un système bielle manivelle hyperstatique plus simple qu'un système industriel complet.Une étude de la stationnarité est réalisée afin de déterminer les contraintes géométriques induites par l'hyperstatisme dans le système bielle-manivelle.La modélisation est ensuite appliquée à la Tripteor X7 et l'étude de la stationnarité est ensuite réalisée sur le modèle obtenu.Cette étude permet d'extraire des contraintes géométriques comme pour le système bielle-manivelle.Deux comparaisons sont réalisées entre notre modèle analytique et des modèles CAO ou proposé dans la littérature.Enfin, les paramètres géométrique du modèle de la Tripteor X7 simplifié par les contraintes géométriques sont identifiés.

Machine Tools are divided into two architectural families: machines with serial architecture and machines with parallel architecture. The work presented here focuses on parallel architecture machines, with the TriMule 600 and Tripteor X7 machines as application cases. The geometrical modeling of these machines allows to obtain the geometrical transformation, for piloting purposes in the numerical control. This work was carried out in connection with the European project ECSASDPE H2020.The approach presented is divided into two parts. The first part is dedicated to the nominal and complete geometrical modeling of the two studied machines followed by an explicit resolution.The objective of this part is to avoid the numerical optimization currently required in direct geometrical models.The parameterization of the two machines is done in order to facilitate the generation of the geometric model by the method of geometric closures.A resolution is undertaken in order to obtain explicit relations between the different joint parameters and the parameters of the tasks of each machine.The different architectures of the two machines studied do not allow to obtain a totally explicit resolution.An optimization is therefore always necessary to have the complete direct geometrical model.In the second part, a new geometrical model is realized to describe a hyperstatic architecture with defects.This modeling is first applied to a hyperstatic crank system simpler than a complete industrial system.A stationarity study is performed to determine the geometrical constraints induced by the hyperstatism in the crank-rod system.The model is then applied to the Tripteor X7 and the stationarity study is then performed on the model obtained.This study allows to extract geometrical constraints as for the rod-crank system.Two comparisons are made between our analytical model and CAD model or model proposed in the literature.Finally, the geometric parameters of the Tripteor X7 model simplified by the geometric constraints are identified.