Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce mémoire présente l'étude d'une nouvelle architecture de robot parallèle HEXA cinématiquement redondante à (6+2) degrés de liberté (ddl). Cette nouvelle architecture est développée avec l'objectif de permettre l'évitement des singularités de type II présentes dans l'espace atteignable du robot. Une nouvelle architecture de jambe cinématiquement redondante est proposée afin de fournir au manipulateur des degrés de liberté supplémentaires, ce qui permet un certain degré de mobilité interne pour la jambe en question. Ainsi, on peut profiter de cette mobilité interne afin de rediriger les forces appliquées à l'effecteur et éviter les configurations singulières. Afin de quantifier l'amélioration de la performance obtenue par l'ajout de la redondance, une étude comparative entre le robot HEXA à 6-ddl et celui à (6+2) ddl est effectuée en analysant des trajectoires prescrites dans l'espace atteignable en orientation. On observe que cette nouvelle architecture permet l'évitement complet des singularités et que la taille de l'espace atteignable en orientation est augmentée, ce qui permet à la nouvelle architecture cinématiquement redondante d'atteindre des poses qui ne sont pas atteignables pour l'architecture nonredondante. À la suite de l'analyse de l'architecture cinématiquement redondante, son optimisation est présentée. Les indices de sensibilité cinématique du robot HEXA cinématiquement redondant sont optimisés dans l'espace atteignable en position et en orientation en utilisant un indice de performance global. Premièrement, l'optimisation à objectif unique est utilisée afin d'optimiser l'indice de sensibilité en position et l'indice de sensibilité en orientation dans l'espace atteignable en translation et en orientation, séparément. Ensuite, l'optimisation multiobjectif est utilisée afin de générer l'ensemble des solutions efficaces selon le principe de Pareto pour combiner les objectifs de diverses façons. En utilisant cette méthodologie, l'architecture nonredondante à 6-ddl est premièrement optimisée. L'architecture optimale résultante est ensuite utilisée pour optimiser l'architecture de la jambe redondante utilisée dans l'architecture du robot HEXA cinématiquement redondant. / This thesis presents the study of a novel kinematically redundant (6+2)-degree-of-freedom (dof) HEXA robot. This new robot architecture is developed with the objective of providing complete type II singularity avoidance within its workspace. A novel kinematically redundant leg architecture is proposed to provide the manipulator with additional degrees of freedom which allows for internal motion of the redundant legs. Hence, this internal motion can be leveraged to redirect the forces applied to the end effector and avoid singular configurations. To quantify the improvement obtained from the addition of the redundant legs, a comparative study of the 6-dof HEXA robot and the (6+2)-dof HEXA robot is performed by analyzing prescribed trajectories within the orientation workspace. It is observed that complete singularity avoidance is achieved and the size of the orientation workspace is increased. This allows the kinematically redundant manipulator to assume poses that are unattainable for its non-redundant counterpart. Following the analysis of the (6+2)-dof HEXA robot is its optimization. The kinematic sensitivity indices of the kinematically redundant architecture are optimized in the translation and orientation workspace using a global performance index. First, single objective optimization is used to optimize the maximum point displacement sensitivity and the maximum rotation sensitivity in the translation and orientation workspaces, separately. Then, multi-objective optimization is used to generate non-dominated Pareto efficient solutions in order to combine these objective functions in various ways. Using this methodology, the non-redundant 6-dof HEXA parallel robot is first optimized. The resulting optimal architecture is then used for the optimization of the redundant leg architecture used in the kinematically redundant HEXA robot.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le sport adapté est en plein essor afin de contrer la sédentarité particulièrement présente chez les personnes vivant avec une incapacité physique. De ces sports, la course en fauteuil roulant est pilier à la culture parasportive québécoise et un des plus représentés lors des paralympiques. Il reste beaucoup de travail à faire pour diminuer les inégalités entre les ressources offertes aux athlètes avec et sans incapacités. Les athlètes de course en fauteuil ont notamment exprimé un besoin d innovation technologique pour les guider dans leur carrière athlétique. Considérant l importance de la vitesse selon les acteurs terrain et scientifiques, l analyse de celle-ci est considérée comme étant prioritaire. Les capteurs inertiels ont montré du potentiel pour répondre à ces besoins. Cependant, cette technologie est récente et leurs qualités psychométriques, jugées comme primordiales, sont quasi inexistantes dans la littérature. Le premier objectif de ce mémoire est de développer des indicateurs de la cinématique du fauteuil et de caractéristiques spatio-temporelles à base de capteurs inertiels. Le second objectif est d évaluer les qualités psychométriques (validité concurrente et fidélité test-retest) de tels indicateurs. Nous avons émis comme hypothèse que les indicateurs allaient posséder une bonne fidélité test-retest et une validité concurrente élevée avec un système optique. Après familiarisation, treize personnes sans incapacités ont effectué des accélérations maximales de 36 m sur un fauteuil roulant athlétique lors de deux visites. La cinématique a été estimée en utilisant un capteur inertiel (Physilog, Mindmaze) positionné sur le cadre et un système optique (SciencePerfo, Speedtracker). Des indicateurs ont été extraits de l accélération et de la vitesse des systèmes. La fidélité test-retest est ressortie comme modérée à bonne, tandis que 5 des 28 indicateurs ont montré une faible fidélité. Les corrélations entre les deux systèmes sont élevées à très élevées (0,78 - 0,99). Les résultats suggèrent que les indicateurs sont précis et soutiennent leur utilisation. / Adapted sports are increasing in popularity as a means of opposing the sedentary lifestyle that is particularly prevalent among people with physical disabilities. Of these sports, wheelchair racing is a pillar of Quebec's parasport culture and one of the most represented at the Paralympics. Much remains to be done to reduce the investment inequalities between athletes with and without disabilities. In particular, wheelchair racing athletes have expressed a need for technological innovation to guide them in their athletic careers. Considering the importance of speed according to athletes and researchers, its analysis is considered a priority. Inertial sensors have shown potential to fulfill these needs. However, this technology is recent and the psychometric properties of reported indicators, considered to be essentials, are virtually nonexistent in the scientific literature. The first objective of this master's thesis is to develop inertial sensor-based indicators of wheelchair kinematics and spatio-temporal characteristics. The second objective is to assess the psychometric qualities (concurrent validity and test-retest reliability) of such indicators. We hypothesized that the indicators would have good test-retest reliability and high concurrent validity with an optical system. After familiarization, thirteen people without disabilities performed maximum accelerations of 36m on a racing wheelchairduring two visits. The wheelchair kinematics were estimated using an IMU (Physilog, Mindmaze) positioned on the frame and an optical system (SciencePerfo, Speedtracker).Indicators were extracted from the systems' acceleration and velocity. Test-retest fidelity was found to be moderate to good, while 5 of the 28 indicators showed low fidelity. Correlations between the two systems were high to very high (0,78 - 0,99). The results suggest that theindicators developed are accurate and support their use to assess wheelchair kinematics over a short distance.

L'architecture mécanique, l'actionnement, la détection directe ou indirecte des efforts ainsi que la conception de contrôleurs en impédance ou en admittance sont les aspects fondamentaux et importants à considérer pour le développement d'un robot permettant une interaction physique humain-robot (IPHR) sécuritaire. Cette thèse est consacrée au développement de nouvelles architectures de robots pour l'IPHR qui ont une structure simple, peu ou pas de singularités, qui sont légers et à faible impédance mécanique. Un nouveau robot parallèle hybride cinématiquement redondant (RPHCR) sans singularité dans l'espace de travail et ayant une faible inertie mobile est d'abord proposé. Le concept de la redondance cinématique des membrures et l'agencement d'assemblage de la plate-forme mobile de ce robot sont ensuite généralisés et développés en une méthodologie pour la synthèse de nouveaux RPHCRs. Plusieurs exemples d'architectures sont présentés et une solution analytique du problème géométrique inverse est obtenue. Le problème géométrique direct des RPHCRs doit être résolu afin de déterminer la position et l'orientation de la plate-forme mobile pour des coordonnées articulaires données. Différentes approches pour résoudre le problème géométrique direct sont alors proposées. Il est montré que le problème géométrique direct des RPHCRs proposés dans la thèse est beaucoup plus simple que celui associé aux robots non redondants ou à de nombreux autres robots parallèles cinématiquement redondants. L'agrandissement de l'espace de travail et l'optimisation des trajectoires articulaires des RPHCRs sont réalisés en déterminant les valeurs optimales des coordonnées redondantes. Enfin, la redondance est en outre utilisée pour opérer un préhenseur monté sur la plateforme mobile à partir des actionneurs fixés à la base du robot ou près de celle-ci. Un contrôleur combiné en position et force de préhension est proposé pour le contrôle de la force de préhension. / Robot architecture, actuation, indirect/direct force sensing, and impedance/admittance controller design are the fundamental and important aspects to be considered in order to achieve safe physical human-robot interaction (pHRI). This thesis is devoted to the development of novel robot architectures for pHRI that have a simple structure, few or no singularities, lightweight, and low-impedance. A novel kinematically redundant hybrid parallel robot (KRHPR) that is singularity-free throughout the workspace and has low moving inertia is firstly proposed. The concept of the redundant links and moving platform assembly arrangement of this robot is further generalised and developed into a methodology for the synthesis of novel KRHPRs. Several example architectures are presented and an analytical inverse kinematic solution is derived.The forward kinematics of the KRHPRs must be solved to determine the position and orientation of the moving platform for given joint coordinates. Different approaches for solving the forward kinematic problem are then proposed. It is shown that the forward kinematics of the KRHPRs proposed in the thesis is much simpler than that of their non-redundant counterparts or that of many other kinematically redundant parallel robots. Workspace enlargement and joint trajectory optimisation of the KRHPRs are pursued by determining the optimal values of the redundant coordinates. Finally, the redundancy is further utilised to operate a gripper on the moving platform from the base actuators. A combined position and grasping force controller is proposed for the control of the grasping force.

Nous essayons de montrer comment l'esquisse virtuelle peut être une aide pendant les phases avancées de la conception de systèmes mécaniques. Le titre de ce travail mérite des précisions : Le terme "esquisse" doit être rapproché du terme "disegno" qui est né pendant la Renaissance en Italie. La conception de systèmes mécaniques implique la prise en compte du mouvement des pièces. Ce point est celui qui différencie le plus notre travail des autres recherches sur l'esquisse virtuelle. Les phases avancées de conception sont les phases les plus critiques puisque la quasi totalité du coût du produit y est définie. Aider un concepteur dans son travail, c'est essayer de savoir comment il travaille. Nous avons créé un premier prototype qui permet d'effectuer un croquis à main levée en 3D avec retour d'effort. La dynamique utilisée contenant des limitations ; nous avons développé notre dynamique et notre gestion de collision que nous décrirons, ainsi que leur application dans le deuxième prototype

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les parallaxes trigonométriques du satellite Hipparcos vont considérablement modifier de nombreux domaines de l'Astronomie. Leur précision annoncée (un facteur 5 par rapport à celles obtenues au sol) et leur nombre (100 000...) méritent une étude approfondie des erreurs externes et des éventuels effets systématiques. Après avoir décrit un modèle empirique à trois dimensions de l'absorption interstellaire qui nous a permis d'estimer la couleur d'une grande partie des étoiles du Catalogue d'Entrée d'Hipparcos, nous montrons, à l'aide des données préliminaires obtenues par le satellite, la qualité du Catalogue d'Entrée. Tirant parti des nombreuses données (au sol ou provenant d'Hipparcos) et des calibrations photométriques et spectroscopiques, cette thèse a également pour objet de mettre au point différentes méthodes qui permettront de valider statistiquement les futures parallaxes d'Hipparcos. Ces méthodes, utilisant notamment l'estimation conditionnelle pour étudier les différents biais des données, sont appliquées en détail aux parallaxes préliminaires obtenues avec un an de mission, et permettent de dégager des perspectives pour les calibrations des magnitudes absolues. Enfin, à l'aide d'analyses multivariées de données du Catalogue d'Entrée, une étude cinématique des étoiles A du voisinage solaire montre que le temps de mélange des vitesses spatiales est supérieur à deux années galactiques.

Les tests couramment utilisés pour évaluer le déficit sensori-moteur induit par une lésion du cerveau chez le rat posent problèmes en termes de sensibilité, d'objectivité et de quantification. Nous avons émis l'hypothèse selon laquelle l'analyse 3D de la cinématique de la locomotion constitue un paradigme expérimental approprié pour quantifier un tel déficit. Aussi, la locomotion a été étudiée lors d'une course sur tapis roulant (25 cm/s) muni ou pas d'obstacles (deux obstacles de 3cm de haut et 1,2 cm de large) à l'aide du système optoélectronique VICON. Le mouvement des quatre pattes a été simultanément enregistré avant et après induction d'une lésion unilatérale soit du striatum (mort d'origine métabolique des neurones striataux) soit du cortex cérébral (infarctus du cortex moteur) chez le rat adulte. Le laboratoire a précédemment montré que ces deux modèles de lésion conduisaient à une anomalie plus ou moins durable de la traversée d'une poutre étroite et surélevée, test classiquement utilisé pour évaluer la locomotion du rat. La première étude décrit pour la première fois la stratégie utilisée par le rat pour franchir un obstacle. Elle révèle que le franchissement s'accompagne d'une rupture complète du pattern locomoteur de base et que l'élévation des ceintures contribue de façon notable au passage de chacune des pattes au- dessus de l'obstacle. La seconde étude montre que la lésion du striatum s'accompagne d'un déficit locomoteur durable lors des deux modalités de course, l'anomalie portant sélectivement sur les pattes contralatérales à la lésion. Plus précisément, ces pattes présentent une flexion exagérée pendant la phase d'appui dont la durée est augmentée. Par ailleurs, lorsque que la patte antérieure opposée à la lésion conduit la manœuvre de franchissement, elle prend fréquemment appui sur l'obstacle suite à une initiation trop précoce de son élévation. Dans ce cas, la patte postérieure homolatérale franchit ou non correctement l'obstacle. L'ensemble de ces résultats suggère l'implication du striatum dans la programmation des mouvements guidés par la vue. La dernière expérience montre qu'aucune des modalités de locomotion n'est affectée par la lésion corticale, suggérant que le faisceau corticospinal n'est indispensable ni à la locomotion ni à son adaptation à l'environnement. En conclusion, notre travail montre que nos modalités d'enregistrement de la locomotion sont appropriées pour quantifier le déficit fonctionnel induit par une lésion du striatum, mais pas celui induit par une lésion du cortex moteur. Il serait intéressant de répéter les expériences lors d'une course volontaire, de manière à s'affranchir de la stimulation sensitive générée par le déroulement du tapis sous les pattes et d'étudier la réversibilité du déficit en cas de lésion partielle du striatum.