Modélisation, Commande et Analyse de Performance de Cobots Parallèles à Câbles

Modelling, Control and Performance Analysis of Cable-Driven Parallel Cobots

• Auteur / Autrice : Marceau Métillon
• Direction : Stéphane Caro, Camilo Charron, Kévin Subrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 30/06/2023
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Philippe Cardou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Chevallereau, Marc Gouttefarde
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Amine Laribi, Jean-Pierre Merlet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande automatique

Robots -- Systèmes de commande

Interaction humain-machine

Robots -- Dynamique

Mots clés libres

Cobots parallèles à câbles

Interactions physiques humain-robot

Contrôle en impédance

Analyse des performances

Cable-driven parallel cobots

Physical human-robot Interactions

Impedance control

Performance analysis

Résumé

Cette thèse de doctorat porte sur la modélisation, la commande et l’analyse des performances de Robots Parallèles à Câbles(RPC) collaboratifs.Une modélisation élasto-géométrique des éléments d’actionnement des RPC est proposée en vue de l’amélioration de leurs performances de positionnement. Différents modèles élasto-géométriques inverses sont analysés en simulation et testé expérimentalement puis font l’objet d’une analyse de sensibilité.Ensuite, des stratégies de contrôle permettant aux RPC d’être utilisés par des opérateurs de manière physique sont proposées.Ces stratégies sont basées sur la commande en impédance et permettent la comanipulation du RPC. Un contrôleur hybride assurant la réalisation de trajectoires et la comanipulation est présenté et approuvé expérimentalement.Enfin, un appareil de sécurité pour la détection de proximité basé sur le principe du couplage capacitif est adapté aux RPC et testé.Finalement, des expériences utilisateurs ont été menés pour juger des performances des stratégies proposées. Trois expériences menées avec des participants volontaires permettent d’évaluer la variation de la performance et de comprendre le comportement physique de l’utilisateur au cours d’interactions physiques humain-RPC.

This PhD thesis addresses the modelling,control and performance analysis of collaborative Cable-Driven Parallel Robots (CDPRs). An elasto-geometric modelling of the actuation elements is proposed to improve their positioning accuracy. Different inverse elastogeometricmodels are simulated and experimentally assessed then analysed in a sensitivity analysis.Then, control strategies allowing the physical interactions of operators with CDPRs are proposed. These strategies are based on the impedance control and allow the robots comanipulation. A hybrid controller for trajectory tracking and co-manipulation is presented and experimented. A safety device for the proximity detection based on the capacitive coupling principle is fitted to CDPRs and tested. Finally, user experiments are led to determine the performance of the proposed strategies.Three experiments led with volunte erenable the performance variation evaluationand the user behaviour study during physical human-CDPR interactions.