Robust Design of Mechanisms
Conception Robuste de Mécanismes
Résumé
This thesis deals with the study of the robustness of mechanisms.
Its main contributions lie in the determination of a robustness index, the development of two sensitivity analysis methods for Parallel Kinematic Machines (PKM) of Delta-Linear type, the formulation of a tolerance synthesis procedure, and the robustness study of a family of generic and non-generic manipulators with three degrees of freedom. The report is thus divided into four chapters.
The first chapter is devoted to a listing of the general properties of the studied mechanisms, to a state of the art of robust design, and to the formulation of a robust design problem. The second chapter deals with the sensitivity analysis of the Orthoglide, a PKM of Delta-Linear type with three degrees of freedom of translation.
The study allows us to know the sensitivy of the pose of the end-effector of the manipulator to the variations in its geometrical parameters. Moreover, it highlights the configurations of the manipulator for which this sensitivity is a minimum and a maximum.
The third chapter sets out an optimal robustness index for the studied mechanisms, and a tolerance synthesis procedure composed of two sequential stages. In addition, they are illustrated by several case studies, from a shock absorber to a PKM. Finally, the fourth
chapter describes the robustness study of a family of generic and non-generic manipulators with three degrees of freedom. It aims at identifying the correlations between the concepts of robustness and
genericity. For that matter, various robotic notions are exploited, such as the path feasibility, the accuracy, and the dexterity of a manipulator. It turns out that the genericity of a manipulator does not affect either its kinematic performances or the sensitivity of the position of its effector to the variations in its geometrical parameters.
Its main contributions lie in the determination of a robustness index, the development of two sensitivity analysis methods for Parallel Kinematic Machines (PKM) of Delta-Linear type, the formulation of a tolerance synthesis procedure, and the robustness study of a family of generic and non-generic manipulators with three degrees of freedom. The report is thus divided into four chapters.
The first chapter is devoted to a listing of the general properties of the studied mechanisms, to a state of the art of robust design, and to the formulation of a robust design problem. The second chapter deals with the sensitivity analysis of the Orthoglide, a PKM of Delta-Linear type with three degrees of freedom of translation.
The study allows us to know the sensitivy of the pose of the end-effector of the manipulator to the variations in its geometrical parameters. Moreover, it highlights the configurations of the manipulator for which this sensitivity is a minimum and a maximum.
The third chapter sets out an optimal robustness index for the studied mechanisms, and a tolerance synthesis procedure composed of two sequential stages. In addition, they are illustrated by several case studies, from a shock absorber to a PKM. Finally, the fourth
chapter describes the robustness study of a family of generic and non-generic manipulators with three degrees of freedom. It aims at identifying the correlations between the concepts of robustness and
genericity. For that matter, various robotic notions are exploited, such as the path feasibility, the accuracy, and the dexterity of a manipulator. It turns out that the genericity of a manipulator does not affect either its kinematic performances or the sensitivity of the position of its effector to the variations in its geometrical parameters.
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de la robustesse de la conception de mécanismes. Ses principales contributions résident dans la détermination d'un indice de robustesse, le développement de deux méthodes d'analyse de sensibilité pour les manipulateurs d'architecture parallèle de type Delta-Linéaire, la formulation d'une procédure de synthèse de tolérances et l'étude de la robustesse d'une famille de manipulateurs d'architecture sérielle génériques et non-génériques
à trois degrés de liberté. Le mémoire est ainsi divisé en quatre chapitres. Le premier chapitre est consacré à une énumération des propriétés générales des mécanismes étudiés, à une étude bibliographique de la conception robuste et à la formulation d'un problème de conception robuste. Le deuxième chapitre traite de l'analyse de sensibilité de l'Orthoglide, manipulateur d'architecture parallèle de type Delta-Linéaire à trois degrés de liberté de translation. L'étude permet de connaître la sensibilité
de la situation de l'effecteur du manipulateur aux variations de ses paramètres géométriques et de repérer les configurations pour lesquelles cette sensibilité est minimale et maximale. Le troisième chapitre présente un indice de robustesse optimal pour
les mécanismes étudiés et une procédure de synthèse de tolérances dimensionnelles décomposée en deux étapes séquentielles. Par ailleurs, ils sont illustrés par plusieurs études de cas, notamment un amortisseur et un manipulateur d'architecture parallèle. Finalement, le quatrième chapitre décrit une étude de la robustesse d'une famille de manipulateurs d'architecture sérielle à trois degrés de liberté. Cette étude vise à identifier les corrélations entre les notions de robustesse et de généricité.
A cet effet, différentes notions de la robotique sont exploitées, telles que la parcourabilité, la précision et la dextérité d'un manipulateur. Il s'avère que la généricité d'un manipulateur n'a pas d'influence sur ses performances cinématiques, ni sur la sensibilité de la position de son effecteur aux variations de ses paramètres géométriques.
à trois degrés de liberté. Le mémoire est ainsi divisé en quatre chapitres. Le premier chapitre est consacré à une énumération des propriétés générales des mécanismes étudiés, à une étude bibliographique de la conception robuste et à la formulation d'un problème de conception robuste. Le deuxième chapitre traite de l'analyse de sensibilité de l'Orthoglide, manipulateur d'architecture parallèle de type Delta-Linéaire à trois degrés de liberté de translation. L'étude permet de connaître la sensibilité
de la situation de l'effecteur du manipulateur aux variations de ses paramètres géométriques et de repérer les configurations pour lesquelles cette sensibilité est minimale et maximale. Le troisième chapitre présente un indice de robustesse optimal pour
les mécanismes étudiés et une procédure de synthèse de tolérances dimensionnelles décomposée en deux étapes séquentielles. Par ailleurs, ils sont illustrés par plusieurs études de cas, notamment un amortisseur et un manipulateur d'architecture parallèle. Finalement, le quatrième chapitre décrit une étude de la robustesse d'une famille de manipulateurs d'architecture sérielle à trois degrés de liberté. Cette étude vise à identifier les corrélations entre les notions de robustesse et de généricité.
A cet effet, différentes notions de la robotique sont exploitées, telles que la parcourabilité, la précision et la dextérité d'un manipulateur. Il s'avère que la généricité d'un manipulateur n'a pas d'influence sur ses performances cinématiques, ni sur la sensibilité de la position de son effecteur aux variations de ses paramètres géométriques.