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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/146545 |
| Date | 10 July 2024 |
| Creators | Zhou, Zhou |
| Contributors | Gosselin, Clément |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xiv, 121 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
Page generated in 0.0028 seconds