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Cette thèse vise à améliorer le positionnement statique et la précision de suivi de trajectoire des Robots Parallèles à Câbles (RPC) tout en prenant en compte leur élasticité globale. A cet effet, deux stratégies de commandes complémentaires valables pour toute configuration de RPC sont proposées.Tout d'abord, une analyse de robustesse est réalisée pour aboutir à une commande robuste des RPC référencée modèle. Un modèle de RPC approprié est défini en fonction de l'application visée et les principales sources d'erreurs de pose de la plate-forme mobile sont identifiées.Une première méthode de commande est proposée sur la base des résultats de l'analyse de robustesse. Cette première méthode réside dans le couplage d'une commande référencée modèle d’un contrôleur PID.Dans le cadre de cette thèse, un modèle élasto-dynamique de RPC est exprimé afin de compenser le comportement oscillatoire de sa plate-forme mobile dû à l'élongation des câbles et de son comportement dynamique.La deuxième méthode de commande utilise des filtres "input-shaping" dans la commande référencée modèle proposée afin d'annuler les mouvements oscillatoires de la plate-forme mobile. Ainsi, le signal d'entrée est modifié pour que le RPC annule automatiquement les vibrations résiduelles. Les résultats théoriques obtenus sont validés expérimentalement à l'aide d'un prototype de RPC non redondant en actionnement et en configuration suspendue. Les résultats expérimentaux montrent la pertinence des stratégies de commande proposées en termes d'amélioration de la précision de suivi de trajectoire et de réduction des vibrations. / This thesis aims at improving the static positioning and trajectory tracking accuracy of Cable- Driven Parallel Robots (CDPRs) while considering their overall elasticity. Accordingly, two complementary control strategies that are valid for any CDPR configuration are proposed.First, a robustness analysis is performed to lead to a robust model-based control of CDPRs. As a result, an appropriate CDPR model is defined as a function of the targeted application and the main sources of CDPR moving-platforms pose errors are identified.A first control method is determined based on the results of the robustness analysis. This first method lies in the coupling of a model-based feed-forward control scheme for CDPR with a PID feedback controller.Here, an elasto-dynamic model of the CDPR is expressed to compensate the oscillatory motions of its moving-platform due to cable elongations and its dynamic behavior.The second control method uses input-shaping filters into the proposed model-based feed-forward control in order to cancel the oscillatory motions the movingplatform. Thus, the input signal is modified for the CDPR to self-cancel residual vibrations.Experimental validations are performed while using suspended and non-redundant CDPR prototype. The proposed feed-forward model-based control schemes are implemented, and their effectiveness is discussed.Results show the relevance of the proposed control strategies in terms of trajectory tracking accuracy improvement and vibration reduction.

Cette thèse présente un travail complet sur la modélisation, l'identification et la commande des robots parallèles à câbles dans le but d'améliorer les performances dynamiques en termes de rapidité, de précision et de robustesse obtenues, tout en gérant les problèmes liés à l'utilisation de câbles. Dans le cadre de ces recherches, les techniques d'identification et de commande sont améliorées grâce à l'utilisation de mesures extéroceptives, notamment en utilisant la vision. Des méthodes issues des domaines de la robotique et de l'automatique sont mises en oeuvre et comparées. Les validations expérimentales sont effectuées sur un démonstrateur disponible au laboratoire : un robot INCA 6D conçu par la société Haption, équipé d'un système de capture de mouvement Bonita développé par la société Vicon. / This thesis presents a complete work on modelling, identification and control of cable-driven parallel robots in order to improve the dynamic performances in terms of speed, precision and robustness, while managing the problems related to the use of cables. In the context of these researches, the identification and control techniques are improved thanks to the use of exteroceptive sensors, in particular using vision. Methods from the fields of robotics and control are implemented and compared. The experimental validations are performed on a demonstrator available in the laboratory : an INCA 6D robot designed by Haption company, equipped with a Bonita motion capture system developed by Vicon company.

A unique Unmanned Aerial Manipulator (UAM), also termed an aerial robot, is the subject of this thesis. A UAM is composed of a floating base attached to a manipulator that enables it to interact physically with the environment. The floating base is an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and the manipulator is defined as a two-cable underactuated Cable Driven Parallel Robot (CDPR). This specific design of a UAM is, to the author’s best knowledge, a novel concept. The thesis is done in collaboration with Airforestry, a company currently developing a solution for aerial forest thinning aiming to provide a more sustainable and efficient way to thin forests. Forest thinning today involves using heavy ground equipment that can cause damage to the surrounding environment and climate. The solution includes a UAV hovering over a chosen tree and attaching a tool (the manipulator) to it, cutting it, lifting it, and then transporting it. The thesis presents a planar model, control method, and simulation of the UAM system. The kinematic and dynamic models of the UAM are derived. A Proportional-Derivative (PD) controller is implemented for flying the UAV and another for controlling the cables. The model is simulated and examined by commanding the UAM to specific set-points under different circumstances such as comparing the UAV flying with and without the tool, changing the length of the cables, and changing the placement of the manipulators Center of Mass (CoM). Overall, the degree project provides a solid model foundation for the specific UAM which can be built upon and further improved. / En specifik Obemannad Flygande Manipulator (UAM), även kallad en flygande robot, är ämnet för denna avhandling. En UAM består av en flytande bas som är fäst vid en manipulator, vilket gör det möjligt för den att interagera med omgivningen. Den flytande basen är ett Obemannat Flygfordon (UAV) och manipulatorn definieras som en tvåkabel-aktuerad kabeldriven parallellrobot (CDPR). Denna specifika design av en UAM är, enligt författarens bästa kunskap, ett nytt koncept. Avhandlingen utförs i samarbete med Airforestry, ett företag som för närvarande utvecklar en lösning för skogsavverkning från luften i syfte att erbjuda ett mer hållbart och effektivt sätt att tunna ut skogar. Skogsavverkning idag innebär användning av tunga markmaskiner som kan skada den omgivande miljön och klimatet. Lösningen inkluderar en UAV som svävar över ett valt träd och fäster ett verktyg (manipulatorn) på det, skär det, lyfter det och transporterar det sedan bort. Avhandlingen presenterar en planarmodell, kontrollmetod och simulering av UAM-systemet. De kinematiska och dynamiska modellerna för UAM härleds. En proportionell-derivativ (PD) kontroller implementeras för att styra UAV:n och en annan för att kontrollera kablarna. Modellen simuleras och undersöks genom att styra UAM:n till specifika målpunkter under olika omständigheter, såsom att jämföra UAV-flygning med och utan verktyget, ändra längden på kablarna och ändra placeringen av manipulatorns masscentrum (CoM).svis ger examensarbetet en stabil modellgrund för den specifika UAM:n, som kan byggas vidare och förbättras.

At the beginning of this master’s thesis the definition of types of robots using parallel kinematics are presented, its possibilities of usage and current prototypes are described. The second chapter focuses on the proposal of robot construction and sizing electric and non-electric components of robot hardware. Derivation of direct and inverse transform mechanisms with creating flowcharts of their algorithms are stated in the two following chapters. The state machine controlled from user interface is then programmed based on these flowcharts. At the end of the work, cable-driven robot positioning accuracy is evaluated and platform workspace, together with motion and electric parameters, are measured.