"Modélisation et commande de robots parallèles ... - GDR Robotique

"Modélisation et commande de robots parallèles reconfigurables"
Contexte général :
Sous l’influence d’une pression économique forte, les entreprises sont contraintes de faire évoluer rapidement
leurs moyens de fabrication (ateliers, machines, robots…) pour assurer simultanément une haute productivité et
une haute flexibilité avec la contrainte nouvelle de changements rapides de familles de pièces. Le principe de «
reconfigurabilité » de système de fabrication répond à cette contrainte en permettant d’étendre considérablement
son cadre d’utilisation pour s’adapter à une grande variété de produits réalisables sur le même système.
C’est dans cette mouvance qu’apparaissent de nouvelles machines et de nouveaux robots. Dans cette dernière
catégorie, de nouveaux systèmes font leur apparition. Il s’agit de robots à structures parallèles qui ont la faculté
de changer de configuration et/ou de mode de fonctionnement afin de modifier leur structure, leur espace de
travail. Néanmoins, bien que ces systèmes soient une réponse aux nouvelles contraintes de rapidité, productivité
et agilité, l’apparition de certains phénomènes (singularités, perte de rang de matrice…) diminue localement leur
contrôlabilité et restreint leur espace de travail rendant ainsi difficile leur changement de posture et/ou de
configuration.
Objectifs et verrous scientifiques de la thèse :
Le principal objectif de cette thèse est de développer un algorithme de contrôle, basé sur des modèles évolués,
dédié aux systèmes robotiques reconfigurables permettant, à la fois de traverser les singularités parallèle
et sérielle, mais aussi le changement de configuration du système sans l’ajout d’actionneurs supplémentaires
(sans redondance). Autrement dit, il s’agit d’utiliser une modélisation du robot optimale et/ou variable couplée à
des techniques d’identification, d’observation et des techniques de commande avancée (commande multimodèles…)
afin d’assurer la stabilité du robot lors de l’approche et de la traversée du point singulier. Le but est
d’accroître l'espace de travail du robot en gérant en ligne les modifications structurelles du système en fonction
de la tâche à réaliser tout en garantissant la stabilité (mécanique et automatique) dans les phases de
reconfigurations.
L’objectif technique envisagé consiste à réaliser la traversée de singularité sérielle et parallèle sur chacune
des maquettes modulaires du CTT de l’IFMA : les robots parallèles 3CRS 1 et 3RRR 2 . Dans le cadre du 3CRS,
il s’agit de reconfigurer le robot afin de passer d’une structure de type 3CRS vers une structure de type 3PRR lui
permettant ainsi de réaliser de nouvelles tâches. Dans le cadre du robot 3RRR, il s’agit de montrer qu’à partir des
développements théoriques réalisés, l’ensemble des trajectoires admissibles est largement augmenté dans un
espace de travail agrandi. Ceci aura pour conséquence de diminuer les temps de cycle.
Robot 3CRS
Robot 3RRR
1
Robot spatial à 6 ddl constitué de 3 jambes identiques. Chaque jambe est constituée d’une liaison cylindrique (pivot
glissant) puis d’une liaison rotoïde et enfin d’une liaison sphérique reliée à la plateforme (liaison rotule).
2
Robot parallèle plan à 3 ddl (degrés de liberté) constitué de 3 jambes identiques (trois liaisons rotoïdes par jambe (liaison
pivot) dont les axes sont tous les trois parallèles et perpendiculaires au plan de mouvement de la plateforme).

Les verrous scientifiques identifiés donnent à cette thèse un aspect pluridisciplinaire transcendant à la fois la
mécanique, l’automatique, l’informatique et l’électronique :
Mécanique
(Modélisation, Simulation)
Automatique
(Observation, Commande)
Informatique - Supervision
(Gestion de la trajectoire,
de la reconfiguration)
Quelle modélisation mécanique est adaptée à la traversée de singularité
Comment détecter ou évaluer la qualité de transmission du mouvement proche des
singularités, quel indicateur peut être utilisé
Quelle algorithme de contrôle est adapté pour préserver la stabilité du système
Faut-il prévoir des observateurs pour l’accès à certaines variables
Comment gérer la trajectoire du robot lors de l’approche de la singularité
Comment gérer la reconfiguration en fonction de la tâche
L’originalité de la thèse est aussi portée par la formulation d’un paradigme de commande (basé sur une
modélisation évoluée), testé sur des systèmes réels, qui permettra, une fois implémenté sur le robot, de gérer en
ligne les modifications structurelles du système en fonction du contexte et de la tâche à réaliser, augmentant ainsi
l’agilité du moyen de fabrication.
Contacts :
Directeur de thèse : P Martinet (martinet@lasmea.univ-bpclermont.fr)
Co-encadrant: S Briot (Sebastien.Briot@irccyn.ec-nantes.fr), N Bouton (nicolas.bouton@ifma.fr)
Cette thèse fera l’objet d’une collaboration entre l’Institut Pascal de Clermont-Ferrand et l’Irccyn de Nantes.
Références bibliographiques :
1. Bonev, I.A. Les robots parallèles de la recherche vers les applications. in Journées Nationales de la Recherche en
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2. Gogu, G., Structural synthesis of parallel robots : Part I : Methodology. 2007: Springer.
3. Merlet, J.P., Les robots parallèles. 1997: Hermès - Lavoisier. 370.
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5. Bonev, I.A., D. Zlatanov, and C.M. Gosselin, Singularity Analysis of 3-DOF Planar Parallel Mechanisms via Screw
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6. Briot, S. and V. Arakelian. On the dynamic properties and optimum control of parallel manipulators in the
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