Design and control of a cable-driven 6-DOF loading simulator

Résumé

Dans ce travail, un robot à câbles destiné à la simulation de charges mécaniques (CabOLS) est conçu et construit de façon à contrôler avec précision les efforts dans un espace à 6 degrés de liberté sur une cible fixe ou se déplaçant lentement. Le CabOLS offre plusieurs avantages: la simplicité et l’efficacité de la structure mécanique et du contrôleur, la précision dans la simulation de charge ainsi qu’un faible coût de fabrication. La conception mécanique du CabOLS est novatrice par l’utilisation de ressorts linéaires de précision installés sur chacun des câbles dans le but d’estimer la tension dans les câbles afin d’éviter la nécessité d’ajouter des capteurs de force. Les ressorts servent également à compenser certains effets non-linéaires comme les jeux d’engrenages des réducteurs de vitesses, permettant ainsi de faciliter l’asservissement du mécanisme. La structure du régulateur est conçue pour être aussi simple que possible. Afin d’exercer un contrôle de force précise sur l’objet cible, deux niveaux de contrôle respectivement dans les espaces des articulations et cartésiennes ont été considérés. La projection optimale de la tension dans les câbles ainsi que la résolution de la redondance des actionneurs en temps réel sont également étudiés dans ce travail. Il est démontré que même si l’algorithme de résolution de la redondance n’est pas linéaire, la combinaison de cette résolution avec le modèle de contrôle du CabOLS est linéaire. Cette linéarité permet de facilité la formulation du calcul des gains dans les deux niveaux de contrôle simultanément. Cette thèse présente également l'application du CabOLS pour analyser la rigidité d’un robot industriel. Dans un processus automatisé, le CabOLS est contrôlé de façon à exercer une suite d’efforts sur l’effecteur d’un robot ABB. Pour chacun de ces efforts, un laser de poursuite mesure la déviation correspondante de l’effecteur. Ces données sont alors utilisées pour identifier la raideur des articulations du robot. Des modèles linéaire et non- linéaire de raideurs articulaires sont étudiés. Les données obtenues grâce au CabOLS permettent également de valider les paramètres de rigidité identifiés. Ce travail propose également une formulation généralisée, compact et maniable de la dynamique des manipulateurs à câbles. Cette formulation est novatrice puisqu’elle emploie l’analyse de masse variable s’appuyant sur une approche de Lagrange pour tenir compte de l'effet d’augmentation et de diminution de la masse dû à la variation de longueur des câbles.

Date	31 mars 2015
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pascal Bigras (Directeur(-trice)) & Ilian Bonev (Codirecteur(-trice))