Dynamic modeling and modal analysis of multiple degrees of freedom robot manipulators with flexible joints

Résumé

En raison de leur flexibilité dans la production et du fait de leur interaction sécuritaire avec l’humain, les robots à maillons rigides et à articulations flexibles (élastiques) ont reçu récemment beaucoup d’attention de la part des chercheurs et des ingénieurs au milieu d’application. Auparavant, l’élasticité des articulations était souvent négligée à cause de la complexité des modèles dynamiques. En outre, les limites de la capacité à mesurer et à calculer la dynamique ont fait en sorte que le modèle de robot avec des articulations rigides soit souvent utilisé à des fins de simulation et de contrôle. Cette approche peut cependant entraîner l’instabilité du robot pendant le travail. Le premier objectif de cette recherche est de développer des modèles mathématiques pertinents pour les robots à articulations flexibles afin de simuler et de prédire leur comportement dynamique. Outre des méthodes expérimentales telles que l’analyse modale, nous avons établi un modèle analytique pour calculer les fréquences naturelles et les rapports d’amortissement pour des configurations de robots arbitraires. Nous avons montré que le modèle proposé prenait en compte l’effet de la gravité et les paramètres du contrôleur du robot. Le deuxième objectif est de contribuer à une procédure d’optimisation afin d’identifier les paramètres de rigidité et d’amortissement des joints dans lesquels les informations modales incomplètes sont supposées être mesurées dans plusieurs configurations de robots. Pour les robots à articulation flexible, ces paramètres sont essentiels pour comprendre leur comportement dynamique. Nous avons montré que la procédure proposée pouvait identifier des paramètres inconnus malgré que les rapports d’amortissement soient estimés avec des écarts. Le dernier objectif est de proposer un algorithme efficace pour résoudre le problème de la dynamique inverse dans des applications en temps réel. Le produit de cet algorithme qui comprend une liste d’expressions mathématiques écrites en code C/Matlab optimisé, peut être utilisé dans la conception de lois de contrôle avancées basées sur des modèles. Nous avons démontré que notre algorithme pouvait être utilisé pour contrôler des robots articulaires flexibles avec les lois de contrôle d’action prédictive.

Date	13 déc. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Zhaoheng Liu (Directeur(-trice)) & Viet Hung Vu (Codirecteur(-trice))