Many techniques have been developed for the purpose of analyzing and evaluating mechanical systems for the purpose of improving design and control. Such work is not necessarily applicable to mobile rovers, since the wheel-ground contact, which does not exist for fixed-base systems, plays a critical role in the behaviour. This thesis investigates important concepts related to analyzing rovers. In initial investigations of existing methods, it was found that current numerical simulation tools can efficiently model rovers, but are often limited to forward dynamics simulations, and are not suitable for more in-depth analyses. Additional investigations were performed to determine which contact models could be used, and it was found that wheel--ground behaviour was best captured using terramechanics-based models. Several concepts relating to defining mobility were investigated, and two new measures were proposed (maximum net traction force, and accelerability), which were found to provide useful, real-time indications of a rover's capability. A novel method was proposed for analyzing the mass matrix of a mechanical system and four concepts were presented that provide information relating to the effective masses and dynamic coupling of a mechanism: locked effective inertia, force coupling, free effective inertia, and acceleration coupling. Finally, the operational space formulation, an important concept primarily used in the field of manipulators, was investigated and extended to be used with rovers. It was found to be a useful method of evaluating and controlling rovers with the appropriate selection of the operational space representation. / Beaucoup de techniques ont été développées pour l'analyse et l'étude des systèmes mécaniques. Puisque la modélisation des interactions entre les roues et le sol est essentielle pour la modélisation du comportement des robots mobiles, les travaux portant sur des systèmes fixes ne sont pas a priori applicables aux robots mobiles. Cette thèse porte sur des concepts importants pour l'analyse de robots mobiles. Les premières évaluations des techniques actuelles de simulation numériques ont montré que, si elles pouvaient modéliser précisément des robots mobiles, elles ne pouvaient souvent que simuler la dynamique et étaient insuffisantes pour des analyses plus poussées. Les recherches ont ensuite montré que les modèles utilisant la dynamique des sols étaient les mieux adaptés pour la modélisation des interactions entre les roues et le sol. Après avoir étudié plusieurs concepts utilisés pour caractériser la mobilité, deux nouvelles mesures ont été proposées (la force maximale nette de traction, et le potentiel d'accélération) qui se sont révélés utiles pour fournir en temps réel des indications sur les capacités d'un robot mobile. Une nouvelle méthode a été proposée pour l'analyse de la matrice des masses d'un système mécanique ainsi que quatre concepts apportant des renseignements sur les masses effectives et le couplage dynamique d'un mécanisme: l'inertie effective verrouillée, le couplage de forces, l'inertie effective libre, et le couplage de l'accélération. Enfin, la formulation de l'espace opérationnel, qui est principalement utilisé dans le domaine des manipulateurs, a été étudié et étendu au domaine de la robotique mobile. Il a été constaté l'utilité de représentations appropriées et spécifiques de l'espace opérationnel pour le contrôle et l'estimation du mouvement de robots mobiles.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117129 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Hirschkorn, Martin |
| Contributors | Jozsef Kovecses (Supervisor1), Marek Teichmann (Supervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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