Modélisation et identification dynamiques des robots avec un modèle de frottement sec fonction de la charge et de la vitesse

par Pauline Hamon

Thèse de doctorat en Automatique – Productique, Automatique et Informatique appliquée

Sous la direction de Maxime Gautier et de Philippe Garrec.

Soutenue en 2011

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail est le résultat d’une collaboration entre le CEA et l’IRCCyN dans les domaines de la téléopération et la cobotique où les robots fonctionnent à vitesse lente et avec des variations importantes de charge. Dans ce cas, l’effort de frottement sec est important par rapport aux efforts inertiels. Le modèle dynamique classique avec frottement sec constant ne permet pas une estimation précise des efforts d’interaction du robot avec son environnement matériel et humain. Cette thèse propose une modélisation originale du frottement sec, fonction de la charge et de la vitesse, son intégration dans le modèle dynamique multi-axes et son identification par modèle inverse et moindres carrés linéaires. Une étude expérimentale mono-axe de plusieurs robots conduit à proposer un modèle qui combine la variation du frottement sec par rapport à la charge du modèle de Coulomb et la variation par rapport à la vitesse du modèle de Stribeck, et qui couvre les 4 quadrants du plan (vitesse, charge) articulaire. Ce modèle mono-axe est intégré dans le modèle dynamique inverse multi-axes du robot en assurant la linéarité par rapport aux nouveaux paramètres dynamiques. La méthode d’identification par moindres carrés linéaires du modèle classique est étendue au nouveau modèle avec une procédure en 2 étapes : une identification axe par axe fixant certains paramètres de frottement, et une identification multi-axes pour les autres paramètres de frottements et d’inertie. Une validation expérimentale sur 7 cas mono-axes et sur un cas multi-axes (robot Stäubli TX40) prouve la pertinence de cette approche originale, pour les robots fonctionnant avec une forte variation de charge et/ou à vitesse lente.

  • Titre traduit

    Dynamic modeling and identification of robots with a dry friction model depending on load and velocity


  • Résumé

    This work is the result of collaboration between CEA and IRCCyN in the area of teleoperation and cobotics, where robots work at low velocity and with high external forces variations. In this range of use, the joint dry friction force becomes significant compared with the inertial forces. The dynamic model with the usual constant dry sliding friction force model is no longer accurate enough to predict the joint forces and therefore to predict the interaction forces between the robot and its material or human environment. This thesis proposes an original dry friction model, which depends on the joint load and velocity. This model is merged into the multi-joint inverse dynamic model, which is identified with linear least squares techniques. An experimental study of several one-joint robots leads to propose a new dry friction model that combines the load-dependence of the Coulomb model and the velocity-dependence of the Stribeck model, and that is suitable for the 4 quadrants in the (velocity, load) frame. This model is incorporated into the multi-joint inverse dynamic model that remains linear in relation to the new dynamic parameters. The usual robotics identification method, based on linear least squares techniques, is divided in two steps for the new model: at first, a joint-by-joint procedure allows to identify some friction parameters, and then a multi-joint identification is carried out to estimate the other friction and inertial parameters. An experimental validation on seven one-joint cases and on a multi-joint case (4 joints of the Stäubli TX40 robot) proves the relevance of this original approach for robots working with high load variations and/or at low velocity.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (187 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 171-175.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.