Contribution à la modélisation et la commande robuste de robots manipulateurs à articulations flexibles. Applications à la robotique interactive PDF Download
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Author: Maria Makarov
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La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande de robots manipulateurs à articulations flexibles. Les méthodes développées visent à satisfaire les spécifications de performance et de robustesse en suivi de trajectoire, ainsi qu'à assurer un niveau de sécurité compatible avec un scénario de fonctionnement interactif dans lequel l'homme et le robot partagent un même espace de travail. Seules les mesures moteur sont utilisées dans un contexte d'instrumentation réduite. Le premier objectif de performance de la commande de mouvement est atteint grâce à l'identification expérimentale d'un modèle flexible représentatif du système, et l'usage de ce modèle pour la synthèse de lois de commande avancées intégrées au sein d'une structure cascade. Deux approches complémentaires fondées d'une part sur la commande prédictive de type GPC (Generalized Predictive Control), et d'autre part sur la commande Hinfini, sont considérées pour la synthèse de lois de commande à deux degrés de liberté, prédictives et robustes. Les performances de ces deux approches sont analysées et évaluées expérimentalement. Le deuxième objectif de sécurité est abordé à travers un algorithme de détection de collisions du robot avec son environnement, sans capteur d'effort et en présence d'incertitudes de modélisation. Afin de séparer efficacement les effets dynamiques des collisions de ceux des erreurs de modélisation, une stratégie adaptative de filtrage et de décision tenant compte de l'état du système est proposée. La validation expérimentale montre une très bonne sensibilité de détection, compatible avec les normes et les recommandations de sécurité relatives à la robotique collaborative.
Author: Maria Makarov
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La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande de robots manipulateurs à articulations flexibles. Les méthodes développées visent à satisfaire les spécifications de performance et de robustesse en suivi de trajectoire, ainsi qu'à assurer un niveau de sécurité compatible avec un scénario de fonctionnement interactif dans lequel l'homme et le robot partagent un même espace de travail. Seules les mesures moteur sont utilisées dans un contexte d'instrumentation réduite. Le premier objectif de performance de la commande de mouvement est atteint grâce à l'identification expérimentale d'un modèle flexible représentatif du système, et l'usage de ce modèle pour la synthèse de lois de commande avancées intégrées au sein d'une structure cascade. Deux approches complémentaires fondées d'une part sur la commande prédictive de type GPC (Generalized Predictive Control), et d'autre part sur la commande Hinfini, sont considérées pour la synthèse de lois de commande à deux degrés de liberté, prédictives et robustes. Les performances de ces deux approches sont analysées et évaluées expérimentalement. Le deuxième objectif de sécurité est abordé à travers un algorithme de détection de collisions du robot avec son environnement, sans capteur d'effort et en présence d'incertitudes de modélisation. Afin de séparer efficacement les effets dynamiques des collisions de ceux des erreurs de modélisation, une stratégie adaptative de filtrage et de décision tenant compte de l'état du système est proposée. La validation expérimentale montre une très bonne sensibilité de détection, compatible avec les normes et les recommandations de sécurité relatives à la robotique collaborative.
Author: Ke Wang
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Le travail présenté dans cette thèse concerne la modélisation et la commande robuste en force de robots manipulateurs industriels à articulations flexibles utilisés pour le procédé FSW. Afin de réduire les temps de calcul et l'occupation de la mémoire, une approche basée sur la méthode par intervalle est proposée en vue de la simplification des modèles dynamiques des robots industriels, et contribue à identifier les paramètres d'inertie qui sont négligeables. Des études de cas sur trois types de trajectoires de test et l'analyse des couples moteurs ont démontré l'efficacité et les bonnes performances de la méthode de simplification. Ensuite, la modélisation dynamique et l'identification des paramètres du procédé FSW ont été effectuées. Les paramètres des modèles linéaires et non-linéaires de forces axiales sont identifiés. Sur la base de la modélisation du procédé FSW qui considère simultanément la cinématique du système complet, le modèle de déplacement du robot rigide, les flexibilités des articulations et le modèle dynamique de la force axiale, un contrôleur robuste en force est obtenu par la méthode de réglage fréquentielle. En outre, un simulateur du procédé FSW robotique est développé et les résultats de simulation montrent les bonnes performances du contrôleur en force. L'oscillation de la force axiale dans le procédé FSW peut être simulée en utilisant un modèle de perturbation de la position verticale de référence.
Author: Philippe Fraisse
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Languages : fr
Pages : 128
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CE MEMOIRE DE THESE PRESENTE UNE LOI DE COMMANDE POSITION/FORCE ROBUSTE POUR DES ROBOTS A ARCHITECTURE COMPLEXE. NOUS ETABLISSONS TOUT D'ABORD, AU CHAPITRE UN, UNE DEFINITION DE LA ROBUSTESSE DANS LE CADRE DE LA COMMANDE DE ROBOT MANIPULATEUR AINSI QU'UNE DEFINITION DES INCERTITUDES ET DES PERTURBATIONS ASSOCIEES A LA MECONNAISSANCE DU MODELE. NOUS PRESENTONS DIVERS PRINCIPES DE COMMANDES ROBUSTES. LES DIFFERENTS MOYENS D'EXPERIMENTATION ET DE VALIDATION MIS A NOTRE DISPOSITION SONT EXPOSES AU CHAPITRE DEUX. IL S'AGIT NOTAMMENT D'UN ROBOT A DEUX BRAS COMPOSE DE DEUX PUMA 560, D'UN SIMULATEUR DE CE ROBOT QUE NOUS AVONS DEVELOPPE ET D'UN ROBOT PARALLELE DELTA. LE CHAPITRE TROIS EST CONSACRE A L'ETUDE, L'ANALYSE ET LA VALIDATION EXPERIMENTALE D'UNE LOI DE COMMANDE ROBUSTE EN POSITION, ORIGINALE, BASEE SUR LE PRINCIPE DE LA COMMANDE PAR REGIME GLISSANT. NOUS TRAITONS, AU QUATRIEME CHAPITRE, EN PRENANT LE MODELE D'UN ACTIONNEUR SIMPLIFIE, LE PROBLEME SPECIFIQUE DE LA COMMANDE EN EFFORT. NOUS PROPOSONS UNE SOLUTION SIMPLE A METTRE EN UVRE POUR RENDRE UNE LOI QUELCONQUE DE COMMANDE EN EFFORT, INSENSIBLE AUX VARIATIONS DE LA RAIDEUR DE L'ENVIRONNEMENT. DES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT PRESENTES AU TERME DE CETTE ETUDE. AU CINQUIEME CHAPITRE NOUS FAISONS LA SYNTHESE DES RESULTATS QUE NOUS AVONS OBTENUS ET NOUS PROPOSONS UN SCHEMA DE COMMANDE HYBRIDE ROBUSTE POUR UN ROBOT MANIPULATEUR A DEUX BRAS. UNE VALIDATION DE CE SCHEMA DE COMMANDE EST REALISEE EN SIMULATION
Author: SHI JIE.. XU
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Languages : fr
Pages : 286
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DANS CE MEMOIRE, DE NOUVEAUX CRITERES DE ROBUSTESSE POUR LES SYSTEMES LINEAIRES INCERTAINS ET A EQUATIONS DIFFERENTIELLES D'ORDRE ELEVE ONT ETE PROPOSES A PARTIR DES THEOREMES DE GERSCHGORIN ET KHARITONOV OU DE LA THEORIE DE LYAPUNOV. LES DEVELOPPEMENTS DES DETERMINANTS D'UNE SOMME DE MATRICES, DE SON ADJOINTE ET DE SON INVERSE ONT ETE ETABLIS. NOUS AVONS PROPOSE UN NOUVEAU MODELE D'ETAT AVEC INCERTITUDES, PLUS APTE A DECRIRE LES SYSTEMES INCERTAINS REELS. NOUS AVONS DEVELOPPE, POUR DES SYSTEMES INCERTAINS, DES BORNES SUPERIEURES DES VARIATIONS, RELATIVE ET ABSOLUE, DU COUT QUADRATIQUE LORSQU'UN REGULATEUR QUADRATIQUE LINEAIRE NOMINAL EST UTILISE. NOUS AVONS PROPOSE DES CORRECTEURS A COUT GARANTI POUR DES SYSTEMES INCERTAINS. NOUS AVONS ETUDIE LA SYNTHESE DES CORRECTEURS POUR LES SYSTEMES INCERTAINS. DIVERS CORRECTEURS A BORNITUDES ULTIMES UNIFORMES ONT ETE OBTENUS. NOUS AVONS DISCUTE DES METHODES DE SYNTHESE DES CORRECTEURS ADAPTATIFS ET ADAPTATIFS ROBUSTES POUR LES SYSTEMES INCERTAINS. UN ALGORITHME DE COMMANDE HYBRIDE ROBUSTE-ADAPTATIVE A ETE DEVELOPPE. NOUS AVONS PROPOSE UN NOUVEAU MODELE POUR L'IDENTIFICATION DES PARAMETRES D'UN ROBOT. NOUS AVONS PROPOSE DES LOIS DE COMMANDE ROBUSTES ET UN NOUVEAU CORRECTEUR HYBRIDE ROBUSTE-ADAPTATIF POUR LES ROBOTS. LES SIMULATIONS ONT MONTRE LES AVANTAGES DE CE CORRECTEUR ROBUSTE-ADAPTATIF
Author: Frédéric Boyer
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Languages : fr
Pages : 500
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LA THESE EXPOSE UNE NOUVELLE APPROCHE DE MODELISATION DES MECANISMES DE CORPS ELASTIQUES BASEE SUR UNE GENERALISATION DES MODELES DE TYPE NEWTON-EULER ACTUELLEMENT RESTREINTS AU CAS DES ROBOTS RIGIDES. A PARTIR D'UN TEL MODELE ACCESSIBLE A LA MAIN MAIS INEXPLOITABLE POUR LA SIMULATION, ON PROCEDE A L'OPERATION D'ASSEMBLAGE, DONT DEUX VARIANTES SONT PROPOSEES: LA PREMIERE SYMBOLIQUE, NECESSITE L'AIDE D'UN LOGICIEL DE CALCUL FORMEL, LA SECONDE PUREMENT NUMERIQUE, CONSTITUE A NOTRE CONNAISSANCE UNE PREMIERE DANS LE DOMAINE DE LA SIMULATION DES MECANISMES DEFORMABLES ET EST ILLUSTREE PAR DES RESULTATS OBTENUS SUR DES CINEMATIQUES COMPRENANT JUSQU'A TROIS SEGMENTS. DANS UN SECOND TEMPS LE PROBLEME DE COMMANDE EST ABORDE. ON COMMENCE PAR UNE SYNTHESE DE RESULTATS D'AUTOMATIQUE NON LINEAIRE APPLIQUES NOTAMMENT AU CAS DES ROBOTS RIGIDES. PUIS ON ENVISAGE DE TESTER UNE LOI DE COMMANDE NON LINEAIRE, PRENANT EN CHARGE DE GUIDER LA DYNAMIQUE RIGIDE DU ROBOT, SUPERPOSEE A UNE COMMANDE LINEAIRE D'AMORTISSEMENT ACTIF AYANT POUR ROLE DE POMPER L'ENERGIE DU PREMIER MODE DE LA STRUCTURE. DES RESULTATS DE LA SIMULATION DE CETTE COMMANDE SUR DES CINEMATIQUES BISEGMENTS PLANES ET SPATIALES SONT RAPPORTES. FINALEMENT L'EXPOSE S'ACHEVE PAR UNE PROPOSITION DE COMMANDE D'UN ROBOT AVEC ARTICULATIONS ET SEGMENTS SOUPLES. ICI ENCORE LE SCHEMA EST TESTE EN SIMULATION
Author: Philippe Fraisse
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Author: Jinna Qin
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La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande de robots manipulateurs industriels légèrement flexibles utilisés pour la robotisation de procédés d'usinage et de soudage FSW. Le premier objectif est la modélisation des robots et des procédés. Les modèles développés concernant la cinématique et la dynamique de robots 6 axes à architecture série et à flexibilité localisées aux articulations. Les paramètres du modèle dynamique et les raideurs sont identifiés avec la méthode à erreur de sortie qui donne une bonne précision d'estimation. La norme relative du résidu du modèle après identification est de 3,2%. Le deuxième objectif est l'amélioration des performances de la robotisation des procédés. Un simulateur a été développé qui intègre le modèle dynamique du robot flexible, les modèles de procédés et le modèle du contrôleur de robot y compris les lois de commande en temps réel des axes et le générateur de trajectoires. Un observateur non-linéaire à grands gains est proposé pour estimer l'état complet du robot flexible ainsi que les efforts d'interaction. Ensuite, un compensateur basé sur l'observateur est proposé pour corriger les erreurs de positionnement en temps réel. La validation expérimentale sur un robot industriel Kuka, montre une très bonne estimation de l'état complet par l'observateur. Un soudage FSW précis grâce à la compensation en temps réel de la flexibilité du manipulateur a pu être effectué avec succès.
Author: DOMINIQUE.. RAVAULT
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Languages : fr
Pages : 107
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LE TRAVAIL PRESENTE ICI APPORTE UNE CONTRIBUTION AU PROBLEME DE LA COMMANDE AVEC RECONSTRUCTION D'ETAT DE ROBOTS MANIPULATEURS A ARTICULATIONS FLEXIBLES AVEC POUR OBJECTIF LA POURSUITE DE TRAJECTOIRES RAPIDES. DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS PRESENTONS LES PRINCIPALES ETAPES QUI CONDUISENT A LA MODELISATION DE CES ROBOTS AINSI QUE CELLE DU PONT ROULANT. DEUX LOIS DE COMMANDE POUR ROBOTS MANIPULATEURS A ARTICULATIONS FLEXIBLES SONT ENSUITE ETUDIEES : - L'UNE BASEE SUR LA PASSIVITE QUI EXPLOITE LES PROPRIETES PHYSIQUES DES ROBOTS. - L'AUTRE EST UNE LOI DE COMMANDE LINEARISANTE PAR BOUCLAGE D'ETAT STATIQUE. PUIS NOUS ETUDIONS PLUSIEURS TYPES D'OBSERVATEURS NON-LINEAIRES. UTILISANT LES TECHNIQUES D'OBSERVATEUR A GRAND GAIN, NOUS PROPOSONS (APRES VERIFICATION DE PLUSIEURS CONDITIONS DE STRUCTURE) UN OBSERVATEUR POUR LES ROBOTS A ARTICULATIONS FLEXIBLES QUI NE NECESSITE QUE LES MESURES DE POSITION DES BRAS ET DES MOTEURS. ENFIN, S'INSPIRANT D'UNE STRUCTURE COMMANDE-OBSERVATEUR PASSIVE, NOUS PROPOSONS DANS LA DERNIERE PARTIE, UNE SYNTHESE DE LOI DE COMMANDE AVEC RECONSTRUCTION D'ETAT QUI COMBINE LA TECHNIQUE DE LA COMMANDE LINEARISANTE PAR BOUCLAGE STATIQUE ET LA TECHNIQUE DE CONSTRUCTION D'OBSERVATEUR A GRAND GAIN. CETTE COMMANDE PEUT PERMETTRE LA COMMANDE DE ROBOTS MANIPULATEURS A ARTICULATIONS FLEXIBLES AVEC POUR OBJECTIF LA POURSUITE DE TRAJECTOIRES RAPIDES SANS NECESSITER LES MESURES DES VITESSES, ACCELERATIONS OU JERKS (INFORMATIONS TRES BRUITEES OU NON DISPONIBLES).
Author: Shi Jie Xu
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Languages : fr
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Author: Pascal Labrecque
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Languages : fr
Pages : 104
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Cette thèse présente deux nouvelles architectures de commande pour les interactions physiques humain-robot (pHRIs). Ces architectures sont spéciquement développées dans une vision d'implantation en industrie pour les manipulations d'assemblage. En effet, deux types de robots collaboratifs adaptés à dfférentes contraintes de l'industrie et ayant des interfaces d'interactions physiques différentes sont étudiés en utilisant chacun leur propre architecture de commande. Le premier robot collaboratif développé est un manipulateur entièrement actionné permettant des pHRIs dans son espace libre, c.-à-d., des interactions unilatérales, et des pHRIs lorsque ses mouvements sont contraints par un environnement quelconque, c.-à-d., des interactions bilatérales. Les interactions de l'humain peuvent s'effectuer sur n'importe quelles parties du robot grâce aux capteurs de couples dans les articulations. Cependant, si une amplication des forces de l'humain sur l'environnement est désirée, alors il est nécessaire d'utiliser le capteur d'efforts supplémentaire attaché au robot. Ceci permet à la commande, en combinant les lectures du capteur d'efforts à l'effecteur, d'utiliser le ratio des forces appliquées indépendamment par l'opérateur et par l'environnement an de générer l'amplication désirée. Cette loi de commande est basée sur l'admittance variable qui a déjà démontré ses bénéces pour les interactions unilatérales. Ici, l'admittance variable est adaptée aux interactions bilatérales an d'obtenir un seul algorithme de commande pour tous les états. Une loi de transition continue peut alors être dénie an d'atteindre les performances optimales pour chaque mode d'interaction qui, en fait, nécessitent chacun des valeurs de paramètres spéciques. Le cheminement et les résultats pour arriver à cette première architecture de commande sont présentés en trois étapes. Premièrement, la loi de commande est implémentée sur un prototype à un degré de liberté (ddl) an de tester le potentiel d'amplication et de transition, ainsi que la stabilité de l'interaction. Deuxièmement, un algorithme d'optimisation du régulateur pour les interactions bilatérales avec un robot à plusieurs ddls est développé. Cet algorithme vérie la stabilité robuste du système en utilisant l'approche des valeurs singulières structurées (- analysis), pour ensuite faire une optimisation des régulateurs stables en fonction d'une variable liée à la conguration du manipulateur. Ceci permet d'obtenir une loi de commande variable qui rend le système stable de façon robuste en atteignant des performances optimales peu iii importe la conguration des articulations du robot. La loi de commande trouvée utilise un séquencement de gain pour les paramètres du régulateur par admittance durant les interactions bilatérales. La stabilité et la performance du système sont validées avec des tests d'impact sur différents environnements. Finalement, la loi de commande en admittance variable optimale est implémentée et validée sur un robot manipulateur à plusieurs ddls (Kuka LWR 4) à l'aide de suivis de trajectoire pour des interactions unilatérales et bilatérales. Le deuxième robot collaboratif développé est un manipulateur partiellement actif et partiellement passif. L'architecture mécanique du robot est appelée macro-mini. Tous les degrés de liberté actionnés faisant partie du macro manipulateur sont doublés par les articulations passives du mini manipulateur. Le robot est alors sous-actionné. L'opérateur humain interagit uniquement avec le mini manipulateur, et donc, avec les articulations passives ce qui élimine tous délais dans la dynamique d'interaction. Ce robot collaboratif permet de dénir une loi de commande qui génère une très faible impédance lors des interactions de l'opérateur, et ce, même pour des charges utiles élevées. Malgré que des amplications de force ne peuvent être produites, les interactions bilatérales ont une stabilité assurée peu importe la situation. Aussi, les modes coopératif et autonome du robot utilisent les mêmes valeurs de paramètres de commande ce qui permet une transition imperceptible d'un à l'autre. La nouvelle loi de commande est comparée sur plusieurs aspects avec la commande en admittance variable précé- demment développée. Les résultats démontrent que cette nouvelle loi de commande combinée à l'architecture active-passive du macro-mini manipulateur, appelé uMan, permet des interactions intuitives et sécuritaires bien supérieures à ce qu'un système entièrement actionné peut générer. De plus, pour l'assistance autonome, une détection de collision avancée et une plani cation de trajectoire adaptée à l'architecture du robot sont développées. Des validations expérimentales sont présentées an d'évaluer la facilité à produire des manipulations nes, de démontrer la sécurité du système et d'établir la viabilité du concept en industrie.
