Commande robuste/adaptative pour l’amélioration des performances des robots à structure parallèle de haute précision

Robust / adaptive control for improving the performance of high precision parallel structure robots

• Auteur / Autrice : Youcef Fitas
• Direction : François Pierrot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : SYAM - Systèmes Automatiques et Micro-Électroniques
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 29/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Information, Structures, Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Micro-électronique de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Département Robotique
• Jury : Président / Présidente : Mazen Alamir
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Pierrot, Michael Defoort, Estelle Courtial, Ahmed Chemori, Johann Lamaury
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mazen Alamir, Michael Defoort

Mots clés

Mots clés libres

Hexapode

Parallel robotics

Commande Robuste

Commande Adaptative

Platformes de Gough-Stewart

Industrial robotics

Hexapod

Robotique parallèle

Robust Control

Adaptive Control

Gough-Stewart platforms

Robotique industrielle

Résumé

Au cours des dernières décennies, les manipulateurs parallèles ont suscité un intérêt croissant en raison de leur grande précision et rigidité, ainsi que de leur capacité à atteindre des vitesses et des accélérations élevées, surpassant les manipulateurs sériels traditionnels. Ces caractéristiques les rendent particulièrement utiles dans diverses applications, telles que la micro-positionnement, la simulation de mouvement de véhicules, les processus industriels et l'usinage. SYMETRIE est une entreprise spécialisée dans la conception et la fabrication de plateformes Gough-Stewart, également appelées Hexapodes. Ces plateformes sont des robots parallèles à six degrés de liberté. En raison de leur structure et de leurs spécifications, ces robots se caractérisent par des non-linéarités significatives, ainsi que des incertitudes et des paramètres variables dans le temps lors de la manipulation de charges. De plus, ils sont soumis à des perturbations externes, rendant le contrôle efficace de mouvemont de ces robots essentiel pour assurer leur bon fonctionnement. Dans cette thèse, de nouvelles lois de commande basées sur des méthodes non linéaires robustes et adaptatives ont été proposées pour améliorer les performances des robots à structure parallèle, en particulier les hexapodes dynamiques de SYMETRIE. Pour ce faire, une étude approfondie de l'état de l'art du contrôle des robots parallèles a été menée afin de bien positionner les trois contributions théoriques développées dans cette thèse. Tout d'abord, un nouveau contrôle par mode glissant avec retour d'état adaptatif a été proposé. Dans la deuxième contribution, une nouvelle méthodologie de contrôle adaptatif basée sur un modèle a été développée en intégrant des termes de retour d'état robustes. Cette approche est appelée la loi adaptative robuste à compensation désirée. Enfin, une nouvelle solution de contrôle sans modèle appelée contrôleur adaptatif L1 à super-twisting a été introduite en combinant un terme de super-twisting robuste avec un schéma de contrôle adaptatif L1. Ces contributions ont ensuite été mises en œuvre sur plusieurs plateformes parallèles, y compris les hexapodes de SYMETRIE et le robot parallèle VELOCE du LIRMM, après leur validation théorique via l'analyse de la stabilité en boucle fermée. La mise en œuvre de ces contributions a été accompagnée d'une étude comparative avec plusieurs contrôleurs de l'état de l'art, démontrant la supériorité et l'efficacité de ces solutions de contrôle, offrant à SYMETRIE des méthodes efficaces pour un large éventail d'applications, assurant des performances optimales en termes de rigidité, robustesse, stabilité et précision.

In recent decades, parallel manipulators have gained increasing interest due to their high precision and rigidity, as well as their ability to achieve high velocities and accelerations, surpassing traditional serial manipulators. These characteristics make them particularly useful in various applications, such as micro-positioning, vehicle motion simulation, industrial processes, and machining. SYMETRIE is a company specializing in the design and manufacturing of Gough-Stewart platforms, also known as Hexapods. These platforms are parallel robots with six degrees of freedom. Due to their structure and specifications, these robots are characterized by significant nonlinearities, as well as uncertainties and time-varying parameters when handling payloads. Additionally, they are subjected to external disturbances, making the efficiency motion control of these robots essential for ensuring their proper functioning. In this thesis, new control laws based on robust and adaptive nonlinear methods have been proposed to improve the performance of parallel-structure robots, particularly SYMETRIE's dynamic hexapods. To achieve this, an in-depth study of the state of the art in parallel robot control was conducted to properly position the three theoretical contributions developed within this thesis. First, a new adaptive feedback sliding mode control has been proposed. In the second contribution, a new adaptive model-based control methodology has been developed by incorporating robust feedback terms. This approach is called the robust desired compensation adaptive law. Finally, a novel non-model-based control solution called super-twisting L1 adaptive controller has been introduced by combining a robust super-twisting term with L1 adaptive control scheme. These contributions were then implemented on several parallel platforms, including SYMETRIE's hexapods and the VELOCE parallel robot from LIRMM, after their theoretical validation through closed-loop stability analysis. The implementation of these contributions was accompanied by a comparative study with several state-of-the-art controllers, demonstrating the superiority and effectiveness of these control solutions, which provide SYMETRIE with efficient methods for a wide range of applications, ensuring optimal performance in terms of stiffness, robustness, stability, and precision.