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Modélisation et commande d'un robot parallèle à câbles pour la rééducation des membres inférieurs

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Boukraâ, Younes Mohamed (2019). Modélisation et commande d'un robot parallèle à câbles pour la rééducation des membres inférieurs. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'utilisation de systèmes robotiques en réadaptation médicale présente un certain nombre d'avantages par rapport à la thérapie traditionnelle, tels qu'une bonne répétabilité de mouvement, une assistance contrôlable avec précision et des mesures de performance quantifiables. Récemment, une nouvelle classe de systèmes robotiques, appelés robots parallèles à câbles, a été introduite dans le domaine de la réadaptation médicale. Dans de tels mécanismes, l'effecteur est entraîné directement par des câbles au lieu de liaisons rigides.

L'objectif de ce projet de recherche est de modéliser et contrôler un robot parallèle à câbles dédié à la rééducation des membres inférieurs. Pour y parvenir, nous avons d’abord établi les modèles cinématiques et dynamiques. Ensuite, pour le suivi de trajectoire dans l’espace cartésien, nous avons résolu le problème de la cinématique directe pour ce robot parallèle en utilisant la méthode numérique de Newton-Raphson. Après, deux contrôleurs basés sur les méthodes du couple calculé et du mode de glissement ont été conçus et mis en oeuvre. Enfin, un algorithme d'estimation en ligne a été mis en oeuvre avec le contrôleur afin de maintenir les tensions dans les câbles positives pendant le mouvement du robot, ce qui est nécessaire pour la commande des robots à câbles.

Les méthodes développées ont été validées avec succès en simulation et les résultats ont montré de bonnes performances.

Titre traduit

Modeling and control of a cable-driven parallel robot for lower limbs rehabilitation

Résumé traduit

The use of robotic systems in medical rehabilitation has several advantages over traditional therapy, such as a good repeatability of movements, a controllable assistance with high precision, and quantifiable performance measures. Recently, a new class of robotic systems called cable-driven parallel robots (CDPR) has been introduced in the field of medical rehabilitation. In such mechanisms, the effector is directly driven by cables instead of rigid links.

The objective of this research project is to model and control a cable-driven parallel robot dedicated to lower limbs rehabilitation. To achieve this, mathematical models for both the kinematics and the dynamics of the robot were developed. Then, for trajectory tracking in cartesian space, the problem of forward kinematics for this parallel robot was solved using the Newton-Raphson numerical method. After that, two controllers based on the computed torque and sliding mode methods were designed and implemented. Finally, an online estimation algorithm was implemented with the controller in order to maintain the tensions in cables positive during the robot's movement, which is necessary in the control of cable-driven robots.

The developed methods have been successfully validated through simulation and the results showed good performances.

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 des systèmes". Comprend des références bibliographiques (pages 83-86).
Mots-clés libres: modélisation, cinématique directe, commande, robot à câble, exosquelette, couple précalculé, mode de glissement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Gauthier, Guy
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 27 janv. 2020 20:39
Dernière modification: 27 janv. 2020 20:39
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2434

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