Cable robots are a type of robotic manipulator that has recently attracted interest for large workspace manipulation tasks. Cable robots are relatively simple in form, with multiple cables attached to a mobile platform or end-effector. The end-effector is manipulated by motors that can extend or retract the cables. Cable robots have many desirable characteristics, including low inertial properties, high payload-to-weight ratios, potentially vast workspaces, transportability, ease of disassembly/reassembly, reconfigurability and economical construction and maintenance. However, relatively few analytical tools are available for analyzing and designing these manipulators. This thesis focuses on expanding the existing theoretical framework for the design and analysis of cable robots in two areas: disturbance robustness and workspace generation. Underconstrained cable robots cannot resist arbitrary external disturbances acting on the end-effector. Thus a disturbance robustness measure for general underconstrained single-body and multi-body cable robots is presented. This measure captures the robustness of the manipulator to both static and impulsive disturbances. Additionally, a wrench-based method of analyzing cable robots has been developed and is used to formulate a method of generating the Wrench-Feasible Workspace of cable robots. This workspace consists of the set of all poses of the manipulator where a specified set of wrenches (force/moment combinations) can be exerted. For many applications the Wrench-Feasible Workspace constitutes the set of all usable poses. The concepts of robustness and workspace generation are then combined to introduce a new workspace: the Specified Robustness Workspace. This workspace consists of the set of all poses of the manipulator that meet or exceed a specified robustness value.

Les robots parallèles à câbles sont une variante originale des robots parallèles. L'utilisation de câbles en lieu et place des segments rigides procure à ce type de robots un espace de travail potentiellement très grand car des longueurs importantes de câbles peuvent être déroulées. Toutefois, dans la plupart des études sur les robots à câbles, un modèle de câble sans masse non élastique est utilisé. Si dans le cas de robots de faibles dimensions soumis à de faibles efforts, ce modèle est valide, lorsque l'on considère des applications de très grande dimension pour lesquels la masse des câbles et l'élasticité ne peuvent plus être négligées, ces modèles simples ne sont plus valables. Ces travaux de thèse proposent des nouvelles méthodes d'étude des robots parallèles à câbles de grande dimension. Dans un premier temps, des tests de traction réalisés sur différents câbles permettent de proposer différents modèles élastiques. La modélisation d'un câble par une caténaire élastique est ensuite rappelée, et l'erreur importante obtenue en négligeant la masse des câbles est mise en exergue. La modélisation par caténaire élastique bien que précise, nécessite la résolution d'un système d'équations couplées non-linéaires. Un modèle simplifié de câble pesant est alors présenté. Il permet, sous l'hypothèse de faible déflection du câble, de simplifier la résolution de l'équilibre statique d'un robot à câble. Ce modèle permet également de développer des outils utiles à la détermination de l'ensemble des torseurs d'efforts admissibles à la plate-forme d'un robot parallèle à câbles. La vérification de l'inclusion de l'ensemble des torseurs nécessaires à la réalisation d'une tâche dans l'ensemble des torseurs admissibles est finalement utilisée comme critère d'optimisation pour une méthode de conception de robots à câbles de grandes dimensions. / Cable-driven robot is an original variation of parallel robots. Replacing rigid bodies by cables provides new capabilities to these robots, and particularly large-size workspaces, since long cable lengths can be deployed. In the literature, cables are usually supposed to be inextensible and massless. If this modeling is valid for small robots with moderate payloads, this cable model is not accurate enough to be used for large dimension cable-driven robots. The work presented here focuses on the modeling of such large cable robots. First, from a set of traction tests applied to various cables, elastic models are proposed. Then, the well-know elastic catenary model is recalled, and its effects on the modeling of large dimension cable robots is shown. However, when using this cable model, solving the platform static equilibrium require the resolution of a non-linear coupled equation system. Assuming a low sagging of the cable, some simplifications can be made to this model. The resulting simplified hefty cable model is then presented and the new expression of the static equilibrium is shown to be close to the one obtained with the massless cable model. Thus, it allows us to determine the set of admissible mobile platform wrenches at a given pose. By comparing this set to the set of required wrenches for a specific task a cost function is finally defined and used in a design procedure dedicated to large dimension cable-driven robots.

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