Approche optimale pour la synthèse des robots parallèles à câbles dédiés à la rééducation fonctionnelle

Optimal approach for the synthesis of cable-driven parallel robots intended for functional rehabilitation

• Auteur / Autrice : Ferdaws Ennaiem
• Direction : Mohamed Amine Laribi, Lotfi Romdhane, Juan Sandoval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 18/11/2022
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Ecole Nationale d'Ingénieurs de Sousse (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Matériaux, Mécanique, Énergétique (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers) - Institut Pprime / PPRIME
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Vigen Arakelyan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelfattah Mlika, Nizar Aifaoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eduardo Castillo Castañeda, Mohamed Ali Rezgui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypes

Robotique

Rééducation motrice

Optimisation mathématique

Mouvements, Étude des

Mots clés libres

Robots parallèles à câbles

Rééducation fonctionnelle

Étude du geste de rééducation

Problèmes d'optimisation

Contrôle/commande

Validation expérimentale

Cable-Driven parallel robots

Functional rehabilitation

Analysis of the rehabilitation gestures

Optimization problems

Control

Experimental validation

Résumé

Les robots parallèles à câbles sont des manipulateurs dont l'organe terminal est relié à la base fixe uniquement via des câbles. Ils sont ainsi flexibles, transportables, légers et possèdent un grand espace de travail translationnel. Cependant, leur précision est affectée par les vibrations des câbles, les incertitudes du modèle du robot et la configuration de la position initiale de l'organe terminal. De plus, leur espace de travail rotationnel est limité à cause du risque de collision entre ses éléments en mouvement et de la nature unidirectionnelle des câbles. Cette thèse, s'inscrivant dans le cadre d'un projet PHC-Utique entre la Tunisie et la France, vise le développement optimal et le contrôle des robots parallèles à câbles dédiés à la rééducation fonctionnelle du membre supérieur. Ce manuscrit détaille donc les étapes suivies pour aboutir à la fabrication des prototypes, à savoir, l'étude du geste de rééducation, les formulations des problèmes d’optimisation, le contrôle/commande des robots et enfin la validation expérimentale du travail. Des solutions aux principaux défauts de cette famille de robots tels que son espace de travail rotationnel restreint et son imprécision sont ainsi proposées.

Cable-driven parallel robots are mechanisms formed by a moving platform connected to a fixed base via cables wound around actuated pulleys. Their architecture makes them flexible, transportable, lightweight, and capable of covering a large transitional workspace. However, their accuracy is affected by the cable vibrations, the uncertainties in the robot model, and the initial pose configuration of the end-effector. In addition, their rotational workspace is limited due to the possible collisions between their moving parts and the unidirectional characteristic of cables. This work, included as part of a PHC-Utique project between Tunisia and France, aims to develop and control cable-driven parallel robots intended for upper limb functional rehabilitation. This manuscript details the steps followed to finalize the design of the prototypes, namely, the analysis of the rehabilitation gestures, the formulation of optimization problems, the control of the robots and finally the experimental validation of the results. Therefore, solutions to the main issues of this family of robots such as its limited rotational workspace and its inaccuracy are proposed.