Cette thèse présente un robot hybride parallèle spatial combiné avec (6+3) degrés de liberté, composé d'un robot de base fondamental et d'un ensemble poignet-pince intégré à 3 degrés de liberté (3-DOF). L'objectif principal del'intégration du mécanisme poignet-pince à 3 degrés de liberté est d'utiliser les degrés de liberté redondants du robot de base, étendant ainsi son espace de rotation. De plus, l'inclusion d'une pince améliore les capacités de manipulation du robot, en faisant un système polyvalent et puissant adapté à diverses applications. Pour atteindre cet objectif, le Chapitre 1 présente un poignet parallèle surcontraint à 2 degrés de liberté, mettant en avant la rigidité, la vitesse et un design léger et compact. Des solutions analytiques pour les cinématiques inverse et directe, dérivées géométriquement, facilitent l'analyse desingularité, révélant une plage de mouvement significative exempte de singularité. Les résultats de simulation dans MSC Adams valident la précision des modèles, soulignant la couverture spatiale supérieure et la masse plus légère du poignet proposé par rapport à un mécanisme comparable. De plus, une analyse d'interférence de contact est effectuée dans un logiciel CAO, et l'espace de travail pratique du mécanisme proposé est comparé à celui de l'Omni-Wrist III de dimensions similaires. Le Chapitre 2 présente un robot parallèle spatial à pince poignet à 3 degrés de liberté conçu pour la manipulation de précision dans des environnements industriels. La conception compacte du mécanisme comprend un poignet à deux rotations sphériques pures (ESPR) à torsion nulle à 2 degrés de liberté et une pince à 1 degré de liberté. Le robot démontre une grande plage de mouvement exempte de singularité grâce à des paramètres soigneusement conçus. Les résultats desimulation valident la précision des modèles cinématiques inverse et directe, avec de petites erreurs quadratiques moyennes. Ce robot, capable d'une large gamme d'orientations et de manipulation précise, offre des applications potentielles dans des contextes industriels exigeant une haute précision et une grande exactitude. Dans le Chapitre 3, un robot hybride parallèle kinématiquement redondant avec (6+3) degrés de liberté est présenté. En s'appuyant sur l'ensemble poignet-pince introduit dans le Chapitre 2, une version modifiée est intégrée à un robot hybride parallèle de base avec (6+3) degrés de liberté pour améliorer l'espace de rotation et les capacités de préhension. Le vaste mouvement exempt de singularité du poignet à 2 degrés de liberté permet une manipulation fluide et précise des objets dans diverses orientations, applicable à des tâches diverses telles que l'assemblage, la prise et le placement, et l'inspection. Des solutions analytiques pour la cinématique inverse du robot sont dérivées à l'aide d'une méthode géométrique, avec une validation réalisée via MSC Adams. Un schéma de contrôle de position PD simple est suggéré pour le contrôle du robot. Ensuite, un prototype physique est construit, et la validation expérimentale met en évidence l'efficacité du contrôleur proposé. En conclusion, le robot hybride parallèle (6+3) degrés de liberté proposé dans cette étude présente un potentiel significatif pour améliorer l'efficacité et l'adaptabilité des manipulateurs robotiques dans un large éventail d'applications industrielles et de recherche. / This thesis introduces a combined spatial hybrid parallel robot with (6+3) degrees of freedom, comprising a foundational base robot and an integrated 3-degree-of-freedom (3-DOF) wrist-gripper assembly. The primary aim of incorporating the 3-DOF wrist-gripper mechanism is to use the redundant degrees of freedom in the base robot, there by extending its rotational workspace. Additionally, the inclusion of a gripper enhances the robot's manipulation capabilities, making it a versatile and powerful system suitable for various applications. To achieve this objective, Chapter 1 presents a dexterous overconstrained 2-DOF parallel wrist, showcasing stiness, speed, and a compact lightweight design. Closed-form solutions for inverse and forward kinematics, derived geometrically, facilitate singularity analysis, revealing a signicant singularity-free range of motion. Simulation results in MSC Adams validate the accuracy of the models, emphasizing the proposed wrist's superior workspace coverage and lighter mass compared to a comparable mechanism. Furthermore, a contact interference analysis is performed in a CAD software, and the practical workspace of the proposed mechanism is compared to that of the Omni-Wrist III with similar dimensions. Chapter 2 introduces a spatial 3-DOF wrist-gripper parallel robot designed for precision manipulation in industrial settings. The compact design of the mechanism includes a zero-torsion 2-DOF equal spherical pure rotations (ESPRs) wrist and a 1-DOF gripper. The robot demonstrates a large singularity-free range of motion through carefully designed parameters. Simulation results validate the accuracy of both inverse and forward kinematics models, with small root mean square errors. This robot, capable of a wide range of orientations and precise manipulation, holds potential applications in industrial contexts requiring high precision and accuracy. In Chapter 3, a (6+3)-DOF kinematically redundant hybrid parallel robot is presented. Building upon the wrist-gripper assembly introduced in Chapter 2, a modied version is integrated into a base (6+3)-DOF hybrid parallel robot to enhance rotational workspace and grasping capabilities. The extensive singularity-free motion of the 2-DOF wrist enables seamless and accurate manipulation of objects in various orientations, applicable to diverse tasks such as assembly, pick-and-place, and inspection. Analytical solutions for the robot's inverse kinematics are derived using a geometric method, with validation conducted through MSC Adams. A simple PD position control scheme is suggested for robot control. Subsequently, a physical prototype is constructed, and experimental validation showcases the e cacy of the proposed controller. In conclusion, the (6+3)-DOF hybrid parallel robot proposed in this study exhibits signicant potential for improving the e ciency and adaptability of robotic manipulators across a broad spectrum of industrial and research applications.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/147267 |
| Date | 05 August 2024 |
| Creators | Ghaedrahmati, Ramin |
| 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 (xv, 93 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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