Contribution à la modélisation dynamique des robots parallèles et des robots hybrides

Contribution to dynamic modeling of parallel robots and hybride robots

• Auteur / Autrice : Ouarda Ibrahim
• Direction : Wisama Khalil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centrale Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Jacobiens

Matrices

Modèles mathématiques

Robots

Résumé

Dans cette thèse, nous proposons des nouvelles méthodes de modélisation dynamique pour les robots parallèles et les robots hybrides. Ces méthodes sont essentiellement basées sur les algorithmes types Newton-Euler récursifs, faciles à programmer et efficaces lors de l’exécution en temps réel. Pour la modélisation dynamique des robots parallèles, la méthode proposée prend en compte la dynamique des jambes et de la plate-forme du robot ce qui procure des modèles complets de ces structures pouvant être exploités dans des algorithmes de commande et de simulation. La dynamique de la plate-forme est calculée en fonction des variables cartésiennes de la plate-forme, tandis que les modèles dynamiques des jambes sont calculés en fonction des variables articulaires, ce choix permet d’obtenir des relations moins compliquées que le calcul des deux dynamiques dans l’espace articulaire. Afin d’illustrer les différentes étapes de la méthode nous l’avons appliquée sur six robots parallèles à structures et mobilités différentes, chacun de ces robots présente des particularités qui nous ont guidés dans la mise au point de la méthode. Ensuite, nous avons étudié la modélisation des robots hybrides constitués de modules parallèles montés en série. La méthode proposée est une méthode récursive basée sur le calcul des efforts appliqués sur les différents modules de la structures les uns par rapport aux autres et par rapport à l’environnement. Le modèle dynamique inverse généralise, pour les robots hybrides, la formulation de Newton-Euler de Luh développé pour les robots série, tandis que le modèle dynamique direct généralise l’algorithme de Featherstone. En dernier lieu, la modélisation des robots hybrides a été étendue au cas où la base du robot est mobile, pour lequel nous avons exploité le principe d’un module généralisé composé des modules qui le succèdent, l’utilisation de ce principe nous a permis de calculer l’accélération de la base mobile du robot, afin d'illustrer la faisabilité de cette méthode nous l’avons appliqué sur deux modules du robot anguille

In this thesis, we propose novel methods for the dynamic modeling of parallel robots and hybrid robots. These methods are essentially based on the recursive Newton-Euler algorithm, which is easy to program and efficient during the real-time execution. For the dynamic modeling of the parallel robots, the proposed method takes into account all the dynamics of these robots what gets complete models of these structures that can be exploitable in advanced control algorithms and in simulation. The dynamics of the platform is calculated as a function of the Cartesian variables of the platform, whereas the dynamic models of legs are calculated as a function of the joint variables, This choice allows to obtain relation less complicated than the calculation of both dynamics in the joint space. To illustrate the various steps of the method we applied it to six parallel robots with different structures and mobilities, each of them presents particularities that guided us in the clarification of the method. Then, we studied the modeling of the hybrid robots composed of series of parallel modules. The proposed method is a recursive method based on calculation of the efforts applied to the various modules of the structure the ones with respect to the others and with respect to the environment. The inverse dynamic model generalizes, for the hybrid robots, the formulation of Newton-Euler of Luh developed for serial robots, whereas the direct dynamic model generalizes the algorithm of Featherstone. Then finally, the modeling of hybrid robots was extended to robots with a mobile base, for which we exploited the principle of a generalized module composed of the succeeding modules, the use of this principle allowed us to calculate the acceleration of the mobile base of the robot. To illustrate the feasibility of this method we applied it to two modules of the robot Anguille