Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'objectif de ce travail de recherche est le développement de planifications de trajectoires analytiques de type point à point pour mécanismes à câbles suspendus complètement actionnés. Spécifiquement, cette thèse propose une planification de trajectoire point à point dite de transition pour mécanismes à effecteur ponctuel à 2 et à 3 degrés de liberté (ddl), ainsi que des planifications de trajectoires point à point classiques pour mécanismes spatiaux à 3 ddl, d'une part, et pour mécanismes à 6 ddl de type Gough-Stewart, d'autre part. Chaque trajectoire développée assure aux points limites une vitesse nulle et une accélération continue, en plus d'être spécifiquement construite dans le but de maintenir des forces exclusivement de tension dans les câbles tout au long du tracé. La trajectoire de transition pour mécanismes à effecteur ponctuel à 2 ddl et à 3 ddl relie une pose à l'équilibre statique du mécanisme à une pose à accélération non-nulle et consiste en des oscillations rectilignes d'amplitude progressivement croissante centrées à la pose au repos. Il est établi que cette trajectoire est réalisable avec des forces exclusivement de tension dans les câbles pourvu qu'elle demeure entièrement sous le plan formé par les enrouleurs, ce qui en démontre la pertinence. La trajectoire point à point destinée au mécanisme spatial à 3 ddl joint deux positions quelconques de l'espace tridimensionnel en suivant un tracé hypocycloïdal. Pour illustrer la pertinence de cette construction, il est démontré qu'il suffit que l'enveloppe circulaire de l'hypocycloïde soit entièrement située sous le plan des enrouleurs pour que la trajectoire souhaitée soit réalisable avec des forces exclusivement de tension dans les câbles. Enfin, la trajectoire à 6 ddl destinée au mécanisme hexapodal relie deux poses arbitraires. Elle consiste, pour sa composante translationnelle, en une version améliorée de la trajectoire hypocycloïdale définie pour le mécanisme à 3 ddl, tandis que sa composante rotationnelle consiste en des oscillations angulaires le long des arcs de l'hypocycloïde. La pertinence de cette formulation est démontrée par le calcul, pour certaines positions génériques de la plate-forme, de la proportion d'orientations que la trajectoire est en mesure de joindre avec un mouvement horizontal partant d'une pose au repos : il est obtenu que, pour des valeurs typiques, la planification proposée parvient à atteindre environ 90% de l'espace atteignable en orientation du mécanisme. / The purpose of this work consists in the development of analytical point-to-point trajectory procedures for fully-actuated cable-suspended parallel mechanisms. Specifically, this thesis proposes a static-to-dynamic transition trajectory formulation for 2-degree-of-freedom (dof) and 3-dof mechanisms with point-mass end-effectors, as well as point-to-point trajectory formulations for spatial 3-dof and 6-dof mechanisms. Each proposed trajectory ensures a zero instantaneous velocity at the endpoints and the continuity of the acceleration, and is specifically designed to maintain tensile-only forces in the cables throughout the motion. The proposed static-to-dynamic transition trajectory for the planar and spatial point-mass mechanisms connects a pose at rest in the static workspace to an arbitrary pose with a non-zero acceleration and consists of rectilinear oscillations of progressively increasing amplitude centred at the pose at rest. It is shown that this trajectory is dynamically feasible with tensile-only forces in the cables as long as it remains entirely below the plane passing by the fixed cable spools, which justifies its relevance. The point-to-point trajectory intended for spatial 3-dof mechanisms connects two arbitrary positions in three-dimensional space by following a hypocycloidal path. In order to demonstrate the relevance of the proposed formulation, it is shown that it suffices that the circular envelope of the hypocycloid remains entirely below the plane passing by the cable spools for the desired motion to be feasible with tensile-only forces in the cables. Finally, the 6-dof point-to-point trajectory intended for hexapodal mechanisms connects two poses with arbitrary position and orientation. It consists, for its translational component, in an enhanced version of the hypocycloidal trajectory defined for the 3-dof mechanism, while its rotational component consists of rotational oscillations along the arcs of the hypocycloid. The relevance of this construction is demonstrated by the computation, for generic positions of the platform, of the proportion of orientations that the trajectory can reach through a horizontal motion starting from a pose at rest: it is obtained that, for typical values, the proposed formulation can reach approximately 90% of the orientational workspace of the mechanism.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2024 / 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. / This thesis proposes and analyzes a novel kinematically redundant parallel (KRP) robot with all actuators located at the base. The basic structure of the robot comes from previous work, i.e., three legs with 3 degrees of freedom (DOFs) each are connected to the mobile platform by three redundant links, which results in a (6+3)-DOF KRP robot. This thesis focuses on four topics. First, a novel 3-DOF parallel robot used as the leg of the KRP robot is proposed, and all actuators are located at the base to reduce the moving inertia. Furthermore, the actuators are placed close to one another to generate a compact footprint and a relatively large workspace. The kinematic problems such as kinematic modeling, inverse/forward problem, singularity analysis, and workspace are analyzed in detail. Besides, to simplify the workspace analysis and enlarge the workspace, an improved design of the 3-DOF robot is given. Establishing dynamic models for parallel robots is challenging due to the complex velocity and force relationships caused by their closed-loop structure. This thesis proposes several simplified modeling methods for parallel robots. The first type is derived from the Lagrangian approach, and the core idea is to reduce the complexity of the energy expressions for the robot. Hence, these methods have good generality and are available for various parallel robots. However, for some parallel robots (for instance, the proposed 3-DOF robot), even using the simplified method, the calculations of energy are slightly complex. Given this, another simplified modeling method based on the Newton-Euler approach is proposed and analyzed. Since the novel KRP robot has a similar structure to previous KRP robots, most analyzed methods in previous work can be directly used. Hence, this thesis only briefly solves the inverse/forward problem, explains the singularity from a force perspective, gives the dynamic model, and shows the structure and CAD model of the prototype for the novel KRP robot. Finally, this thesis proposes a general grasping control method by which the KRP robot can remotely operate a gripper to generate required grasping forces while moving the platform, with all actions driven by the same actuators. The grasping control model consists of a leg motion control model and a leg force control model, where the grasping force can be controlled independently. As a result, the force control model uses an open-loop controller, which is simple to implement and efficient.

L'expérience E89-044, réalisée dans le Hall A du Jefferson Lab, a mesuré les sections efficaces de la réaction 3He(e,e'p).<br> L'extraction des fonctions de réponse longitudinale et transverse de la réaction de désintégration à deux corps 3He(e,e'p)d en cinématique parallèle doit permettre l'étude des propriétés électromagnétiques du proton à l'intérieur du noyau d'3He ainsi que des mécanismes nucléaires mis en jeu au-delà de la description en ondes planes, pour des impulsions manquantes de 0 et +- 300 MeV/c et des quadrimoments transférés de 0.8 à 4.1 GeV2. Les sections efficaces préliminaires ont été obtenues après calibration du dispositif expérimental en utilisant une méthode d'ajustement des modèles théoriques intégrés sur l'espace de phase expérimental à l'aide d'une simulation Monte-Carlo. L'erreur systématique de 8% sur les sections efficaces est principalement liée à la normalisation absolue de la densité de la cible : l'analyse des données en diffusion élastique permettra de réduire cette erreur. Les résultats préliminaires font apparaître certains désaccords avec les prédictions théoriques pour les cinématiques aux angles avant à petite impulsion manquante (<100 MeV/c), notamment à grands Q2, et des comportements sensibles aux effets d'interaction dans l'état final ainsi qu'aux fonctions d'ondes de l'3He utilisées pour les impulsions manquantes voisines de 300 MeV/c. La séparation des composantes longitudinale et transverse déjà amorcée devrait contraindre plus fortement les modèles.