Augmentation De La Taille De Lespace De Travail Operationnel Des Robots Paralleles En Traversant Les Singularites De Type 2 PDF Download

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Augmentation de la taille de l'espace de travail opérationnel des robots parallèles en traversant les singularités de Type 2

Augmentation de la taille de l'espace de travail opérationnel des robots parallèles en traversant les singularités de Type 2
Author: Georges Pagis
Publisher:
Total Pages: 170
Release: 2015
Genre:
ISBN:

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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.


Design and analysis of a novel kinematically redundant parallel robot with all actuators located at the base

Design and analysis of a novel kinematically redundant parallel robot with all actuators located at the base
Author: Zhou Zhou (Auteur de Design and analysis of a novel kinematically redundant parallel robot with all actuators located at the base)
Publisher:
Total Pages: 0
Release: 2024
Genre: Parallel kinematic machines
ISBN:

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Cette thèse propose et analyse un nouveau robot parallèle cinématiquement redondant (KRP) avec tous les actionneurs situés à la base. La structure de base du robot provient de travaux antérieurs, c'est-à-dire que trois jambes avec 3 degrés de liberté (ddls) chacune sont attachées à la plate-forme mobile par trois liaisons redondantes, ce qui donne un robot KRP avec (6+3) degrés de liberté. Cette thèse se concentre sur quatre thèmes. Tout d'abord, un nouveau robot parallèle à 3 ddls utilisé comme jambe du robot KRP est proposé, et tous les actionneurs sont situés à la base afin de réduire l'inertie des parties mobiles. De plus, les actionneurs sont placés près les uns des autres pour minimiser l'encombrement et produire un espace de travail relativement grand. Les problèmes cinématiques tels que la modélisation cinématique, le problème inverse/direct, l'analyse des singularités et l'espace de travail sont analysés en détail. En outre, pour simplifier l'analyse de l'espace de travail et agrandir l'espace de travail, une conception améliorée du robot à 3 ddls est proposée. L'établissement de modèles dynamiques pour les robots parallèles est un défi en raison des relations complexes entre les vitesses et les forces induites par leur structure en boucle fermée. Cette thèse propose plusieurs méthodes de modélisation simplifiées pour les robots parallèles. Le premier type est dérivé de l'approche lagrangienne et l'idée centrale est de réduire la complexité des expressions représentant l'énergie pour le robot. Par conséquent, ces méthodes ont une bonne généralité et sont disponibles pour divers robots parallèles. Cependant, pour certains robots parallèles (par exemple, le robot à 3 ddls proposé), même en utilisant la méthode simplifiée, les calculs d'énergie sont légèrement complexes. Compte tenu de cela, une autre méthode de modélisation simplifiée basée sur l'approche de Newton-Euler est proposée et analysée. Étant donné que le nouveau robot KRP a une structure similaire à celle des robots KRP précédents, la plupart des méthodes analysées dans les travaux précédents peuvent être directement utilisées. Par conséquent, cette thèse ne résout que brièvement le problème inverse/direct, explique la singularité du point de vue de la force, donne le modèle dynamique et montre la structure et le modèle CAO du prototype du nouveau robot KRP. Enfin, cette thèse propose une méthode générale de contrôle de préhension par laquelle le robot KRP peut faire fonctionner à distance une pince pour générer les forces de préhension requises tout en déplaçant la plate-forme, toutes les actions étant pilotées par les mêmes actionneurs. Le modèle de contrôle de préhension se compose d'un modèle de contrôle du mouvement des jambes et d'un modèle de contrôle de la force des jambes, où la force de préhension peut être contrôlée indépendamment. En conséquence, le modèle de contrôle en force utilise un contrôleur en boucle ouverte, simple à mettre en œuvre et efficace.


Contribution à l'agrandissement de l'espace de travail opérationnel des robots parallèles. Vérification du changement de mode d'assemblage et commande pour la traversée des singularités

Contribution à l'agrandissement de l'espace de travail opérationnel des robots parallèles. Vérification du changement de mode d'assemblage et commande pour la traversée des singularités
Author: Adrien Koessler
Publisher:
Total Pages: 0
Release: 2018
Genre:
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En comparaison avec leurs homologues sériels, les robots parallèles possèdent de nombreux avantages : rigidité, temps de cycle et précision de positionnement. La faible taille de leur espace de travail opérationnel est cependant un inconvénient qui empêche leur développement. L'analyse cinématique décrit la division de l'espace de travail total en aspects, séparés entre eux par des singularités de Type 2. Parmi les solutions d'élargissement de l'espace de travail opérationnel issues de la littérature, que sont comparées entre elles, nous retiendrons la traversée des singularités grâce à une génération de trajectoire et une loi de commande dédiées. Cette solution est cependant sujette aux échecs de traversée et ne permet pas de certifier la réussite de l'opération. La première partie du travail consiste donc à développer un outil permettant de détecter le résultat des traversées. De tels algorithmes n'existent pas dans la littérature ; en effet, les solveurs du problème géométrique direct ne peuvent pas donner de résultats appropriés à proximité des singularités. Cependant les méthodes ensemblistes proposent une manière intéressante de tenir compte de la cinématique du robot. Nous nous basons sur cette considération pour développer un algorithme réalisant le suivi de la pose ainsi que de la vitesse de l'effecteur du robot. En simulation, nous démontrons sa capacité à détecter les changements de mode d'assemblage et son utilité pour générer des trajectoires permettant la traversée. La deuxième problématique consiste à améliorer le suivi de trajectoire par l'utilisation de techniques de commande avancée. Une revue de littérature nous permet d'identifier la commande adaptative et la commande prédictive comme deux schémas intéressants pour notre application. La synthèse d'un loi de commande adaptative par des outils linéaires est proposée et complétée par la prédiction des paramètres dynamiques suivant la méthode Predcitive Functionnal Control. Les gains apportés par les lois de commande proposées sont évalués en simulation. Afin de valider ces contributions, elles sont implémentées sur un robot parallèle plan à deux degrés de liberté nommé DexTAR. Nécessaire à la mise en oeuvre de l'algorithme de détection du mode d'assemblage, un étalonnage géométrique du robot est réalisé et les paramètres estimés sont certifiés de manière ensembliste. La capacité de l'algorithme à statuer sur le mode d'assemblage final est ensuite évaluée sur des trajectoires réelles. Ces résultats sont comparés avec ceux obtenus en simulation. De plus, les lois de commande développées sont implémentées sur le robot DexTAR et testés dans des cas de figure réalistes comme les traversées multiples ou la saisie d'objets.Les propositions formulées dans ce manuscrit permettent de répondre à ces problématiques, afin de faciliter l'utilisation des méthodes d'agrandissement de l'espace de travail par traversée de singularité de Type 2.


Learning Models to Control Redundancy in Robotics

Learning Models to Control Redundancy in Robotics
Author: Camille Salaün
Publisher:
Total Pages: 187
Release: 2010
Genre:
ISBN:

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La robotique de service est un domaine émergent où il est nécessaire de commander des robots en interaction forte avec leur environnement. Ce travail présente une méthode adaptative de commande combinant de l'apprentissage de modèles physiques et de la commande dans l'espace opérationnel de robots redondants. L'apprentissage des modèles cinématiques est obtenu soit par dérivation de modèles géométriques appris, soit par apprentissage direct. Ces modèles cinématiques, également appelés matrices Jacobiennes, peuvent être utilisés dans le calcul de pseudo-inverse ou de projecteurs pour la commande du robot. Cette combinaison de méthodes permet d'obtenir un contrôleur qui s'adapte à la géométrie du robot commandé. D'une façon similaire, il est également possible d'apprendre un modèle dynamique inverse du robot de manière à commander le robot en couple plutôt qu'en vitesse. Cela a pour avantage de pouvoir s'adapter aux modifications dynamiques qui s'appliquent sur le robot comme par exemple l'application d'une force extérieure ou l'ajout d'un poids. Les expériences menées dans le cadre de cette thèse montrent comment réaliser plusieurs tâches hiérarchiques ou comment s'adapter à des perturbations avec des modèles appris. Des application sur un robots réel ont également été menées afin de rendre compte de la plausibilité de l'approche proposée.


Cable-Driven Parallel Robots

Cable-Driven Parallel Robots
Author: Marc Gouttefarde
Publisher: Springer Nature
Total Pages: 431
Release: 2021-05-31
Genre: Technology & Engineering
ISBN: 3030757897

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This volume gathers the latest advances, innovations and applications in the field of cable robots, as presented by leading international researchers and engineers at the 5th International Conference on Cable-Driven Parallel Robots (CableCon 2021), held as virtual event on July 7-9, 2021. It covers the theory and applications of cable-driven parallel robots, including their classification, kinematics and singularity analysis, workspace, statics and dynamics, cable modeling and technologies, control and calibration, design methodologies, hardware development, experimental evaluation and prototypes, as well as application reports and new application concepts. The contributions, which were selected through a rigorous international peer-review process, share exciting ideas that will spur novel research directions and foster new multidisciplinary collaborations.


La redondance cinématique dans les robots parallèles pour l'augmentation de l'espace de travail en orientation

La redondance cinématique dans les robots parallèles pour l'augmentation de l'espace de travail en orientation
Author: Louis Thomas Schreiber
Publisher:
Total Pages: 174
Release: 2019
Genre:
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Cette thèse traite de la mise à profit de la redondance cinématique dans les robots parallèles pour l'augmentation de leur espace de travail en orientation. Plusieurs nouvelles architectures y sont présentées et analysées. L'accent est mis sur les agencements purement parallèles des actionneurs étant donné que les agencements hybrides et sériels sont déjà bien plus connus. En premier lieu, un article de revue de littérature positionne le projet dans le contexte actuel. Cet article permet de voir comment la redondance cinématique se compare à la redondance d'actionnement et aux autres architectures hybrides. Les avantages et inconvénients de chacune y sont mis en évidence. Cet article met aussi la lumière sur le type d'agencement (sériel ou parallèle) des actionneurs pour les différents types de redondance. Les bases mathématiques pour la modélisation cinématique de plusieurs architectures y sont aussi données. Dans le second article, deux mécanismes plans sont présentés et analysés (problème géométrique inverse et direct, analyse des singularités, espace de travail). Les architectures planes sont utilisées pour introduire la gestion de la redondance avec un cas simple (un seul degré de liberté redondant). L'algorithme de gestion de la redondance doit définir la meilleure configuration du degré de liberté redondant tout en respectant les limites physiques du mécanisme (vitesses, interférences). Une architecture à quatre degrés de liberté (mouvement de type SCARA) et un degré de liberté redondant est ensuite introduite dans le troisième article. Cette architecture a la particularité de ne pas être limitée (ni par les interférences mécaniques ni par les singularités) au niveau de la rotation. L'analyse cinématique ainsi que l'espace de travail sont présentés et un prototype démontre des résultats expérimentaux convaincants. Ensuite, le quatrième article introduit une architecture à six degrés de liberté avec trois degrés de liberté redondants. Cette architecture occupe une grande partie des travaux présentés dans cette thèse. Elle est dérivée directement de la plateforme de Gough-Stewart. Le modèle cinématique ainsi qu'une analyse des singularités du mécanisme y sont présentés. Une analyse géométrique démontre les capacités d'évitement des singularités et une analyse de l'espace de travail montre de très grandes capacités d'inclinaison et de rotation de la plateforme. Le cinquième article présente deux articulations sphériques qui ont été développées spécifiquement pour l'architecture à six degrés de liberté. Le principe de fonctionnement de ces deux articulations sphériques est expliqué et les performances en débattement sont démontrées. Deux prototypes sont présentés. Le sixième article introduit différentes méthodes pour exploiter la redondance du manipulateur à 6+3 degrés de liberté tout en respectant les limites physiques du mécanisme (interférences mécaniques ainsi que les limites en vitesse des actionneurs). Une première méthode tente d'utiliser une expression analytique du déterminant de la matrice Jacobienne. La deuxième est purement géométrique et s'inspire de la géométrie de Grassmann. La troisième utilise une discrétisation complète des trajectoires cartésiennes et de l'espace des degrés de liberté redondants. Finalement, la quatrième méthode utilise une optimisation locale. Les résultats des différentes méthodes sont ensuite comparés.


Developmental Approach of Perception for a Humanoid Robot

Developmental Approach of Perception for a Humanoid Robot
Author: Natalia Lyubova
Publisher:
Total Pages: 170
Release: 2013
Genre:
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Les robots de service ou d'assistance doivent évoluer dans un environnent humain en constant changement, souvent imprévisible. Ils doivent donc être capables de s'adapter à ces changements, idéalement de manière autonome, afin de ne pas dépendre de la présence constante d'une supervision. Une telle adaptation en environnements non structurés nécessite notamment une détection et un apprentissage continu des nouveaux objets présents, que l'on peut imaginer inspirés des enfants, basés sur l'interaction avec leur parents et la manipulation motivée par la curiosité. Notre travail vise donc à concevoir une approche développementale permettant à un robot humanoïde de percevoir son environnement. Nous nous inspirons à la fois de la perception humaine en termes de fonctionnalités et du développements cognitifs observé chez les infants. Nous proposons une approche qui permet à un robot humanoïde d'ex- plorer son environnement de manière progressive, comme un enfant, grâce à des interactions physiques et sociales. Suivant les principes de la robotique développementale, nous nous concentrons sur l'apprentissage progressif, continu et autonome qui ne nécessite pas de connaissances a priori des objets. Notre système de perception débute par la segmentation de l'espace visuel en proto-objets, qui serviront d'unités d'attention. Chaque proto-objet est représenté par des caractéristiques bas-niveaux (la couleur et la texture) et sont eux-mêmes intégrés au sein de caractéristiques de plus haut niveau pour ensuite former un modèle multi-vues. Cet apprentissage s'effectue de manière incrémentale et chaque proto-objet est associé à une ou plusieurs entités physiques distinctes. Les entités physiques sont ensuite classés en trois catégories : parties du robot, parties des humains et objets. La caractérisation est basée sur l'analyse de mouvements des entités physiques provenant de la vision ainsi que sur l'information mutuelle entre la vison et proprioception. Une fois que le robot est capable de catégoriser les entités, il se concentre sur l'interaction active avec les objets permettant ainsi d'acquérir de nouvelles informations sur leur apparence qui sont intégrés dans leurs modèles de représentation. Ainsi, l'interaction améliore les connaissances sur les objets et augmente la quantité d'information dans leurs modèles. Notre système de perception actif est évalué avec le robot humanoïde iCub en utilisant une base expérimentale de 20 objets. Le robot apprend par interaction avec un partenaire humain ainsi que par ses propres actions sur les objets. Notre système est capable de créer de manière non supervisée des modèles cohérents des différentes entités et d'améliorer les modèles des objets par apprentissage interactif et au final de reconnaître des objets avec 88.5% de réussite.


Contribution à l'étude des robots pleinement parallèles de type 6 R-RR-S

Contribution à l'étude des robots pleinement parallèles de type 6 R-RR-S
Author: Romulus Benea
Publisher:
Total Pages: 178
Release: 1996
Genre:
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Un regard sur la robotique contemporaine a permis de remarquer l'apparition de premiers robots parallèles sur le marché. Une étude comparative robots série/robots parallèles permet d'envisager une extension de leur utilisation pour des taches variées dans le milieu industriel, notamment pour des charges lourdes, assurant en même temps une bonne précision et un bon comportement dynamique. Apres avoir présenté des critères de classification de robots parallèles, on a passé en revue plusieurs schémas et prototypes de manipulateurs classés à partir du nombre de degrés de liberté. Le prototype 6-RKS réalisé au LMeca dispose d'une architecture particulière et appartient a la famille des manipulateurs de type 6 R-RR-S. Une méthode numérique de discrétisation a été utilisée afin de déterminer l'espace de travail des positions à orientation constante et en orientation pour le centre du plateau mobile fixe. Les algorithmes développés peuvent être utilisés pour tout manipulateur parallèle. Une certaine cartographie a été réalisée et on a pu remarquer que l'espace de travail, tant en position qu'en orientation, est plus important que pour des manipulateurs à actionneurs linéaires de gabarit comparable. On a proposé une représentation pseudo-sphérique de l'espace de travail en orientation, ou les 3 paramètres d'orientation sont réunis sur une même image. On a établi le modèle cinématique et calculé les matrices jacobiennes inverses. On a présenté deux approches sur les singularités: la détermination des singularités de configuration qui sont de deux types et correspondent à une architecture donnée et l'étude des singularités d'architecture. L'étude statique a montré à nouveau la nécessité du calcul de la matrice jacobienne. On a déterminé pour une configuration donnée les matrices de raideur et de compliance, ainsi que les couples articulaires et les charges externes maximales. Un modèle dynamique pour structures pleinement parallèles, basé sur le formalisme de Newton-Euler a été proposé. Cette approche est applicable à toute structure pleinement parallèle, sa simplicité permet un calcul récurent aisé et se ramène a un système linéaire de 6 équations à 6 inconnues. Il a été appliqué au manipulateur 6-RKS et on a réalisé une simulation dynamique pour plusieurs trajectoires.