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Utilisation optimale de l’espace de travail des robots parallèles en affrontant certains types de singularités

Bourbonnais, Francis (2012). Utilisation optimale de l’espace de travail des robots parallèles en affrontant certains types de singularités. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les robots parallèles prennent de plus en plus d’importance dans l’industrie. On en retrouve des milliers à travers le monde, dont la majorité sont utilisés dans des opérations de transfert rapide. Ils sont plus rapides que les robots sériels, car leurs moteurs sont généralement fixés à la base, allégeant ainsi la partie mobile du manipulateur. La croissance de la popularité de ces robots sur le marché est cependant limitée en raison de leur espace de travail réduit. En effet, l’approche actuellement privilégiée est d’éviter toute singularité, ce qui résulte en un espace de travail très limité.

L’objectif de ce projet est d’augmenter l’espace de travail d’un robot parallèle à cinq barres à l’aide d’une planification de trajectoire qui, d’une part, profite du passage des singularités de type 1 tout en évitant les singularités de type 2, et d’autre part, optimise la trajectoire pour minimiser le temps du parcours. L’algorithme de planification de trajectoire détermine, à partir d’une position (x, y) voulue de l’effecteur terminal, la meilleure des quatre configurations possibles pour l’ensemble des deux bras du robot. Le processus d’optimisation du temps de la trajectoire est réalisé en considérant les contraintes de vitesse et d’accélération maximales ainsi que le couple maximal des moteurs en fonction du modèle dynamique. Un algorithme de commande pour maximiser la réponse dynamique du robot a aussi été conçu. Le modèle dynamique identifié est utilisé pour atteindre les critères de performances visés tout en assurant la précision du suivi. Les algorithmes ont été validés sur un prototype à deux degrés de liberté développé au laboratoire CoRo de l’École de technologie supérieure.

Les résultats obtenus démontrent que l’espace de travail du robot est considérablement augmenté par rapport à un robot industriel d’une taille comparable qui ne change pas de configurations. De plus, le changement de configuration permet d’améliorer le temps de parcours d’une trajectoire.

Ce projet de recherche a donc permis de développer une nouvelle approche démontrant qu’il est possible de travailler de concert avec les singularités de type 1 dans le but de maximiser les performances et l’espace de travail de certains robots parallèles.

Titre traduit

Optimal use of the workspace of parallel robots by crossing a certain type of singularities

Résumé traduit

The popularity of parallel robot has been increasing significantly in industry. There arethousands of them around the world, most frequently used for pick and place. They are fasterthan serials robots because their actuators are generally fixed to their base reducing the weight of the moving part. However, the growth of the popularity of these robots on the market is slowed down because of their reduced workspace. Indeed, the privileged approach is to avoid all singularities which results in a considerable reduction of the workspace.

The main objective of this project is to increase the workspace of a five-bar parallel robot using path planning. An algorithm for path planning has been developed to take advantage of type 1 singularities in order to avoid type 2 singularities and also to optimize the trajectory by minimizing the cycle time. A control algorithm has also been designed to maximize the dynamic response of the robot. Those algorithms were validated on a two degrees-offreedom prototype developed in the CoRo laboratory of the École de technologie supérieure. The path planning algorithm determines the best of the four possible configurations for the two arms of the robot, for a desired Cartesian position (x, y) of the end-effector. The optimization process of the cycle time considers several constraints: the maximum velocity, the maximum acceleration, the maximum jerk and also the maximum torque based on the dynamic model of the robot. The dynamic model is also used in the control algorithm to achieve the specified performance criterion while ensuring the accuracy of the robot.

The results show that the workspace of the robot is significantly increased in comparison to a robot of the same size that does not change configurations. Moreover, changing configurations also improves the cycle time. The type 2 singularities are avoided which ensures the rigidity of the robot throughout the workspace and allows it to do fast operations of pick and place where the path between the points is optimized.

This research project has developed a new approach demonstrating that it is possible to work with singularities in order to maximize the dynamic performance and the workspace of this type of robot.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la production automatisée". Bibliogr. : f. [157]-162.
Mots-clés libres: Optimisation des trajectoires. Robots parallèles. singularités, planification, rapidité.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bigras, Pascal
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Bonev, Ilian
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 16 nov. 2012 21:27
Dernière modification: 02 mars 2017 22:38
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1097

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