Analysis and Optimization of a New Family of Parallel Manipulators with Decoupled Motions
Analyse et Optimisation d'une Nouvelle Famille de Manipulateurs Parallèles aux Mouvements Découplés
Résumé
It is well known that, amongst the numerous advantages of parallel manipulators when compared with their serial counterparts, one can notice better velocities and dynamic characteristics, as well as higher payload capacities. However, there are some drawbacks, such as a smaller workspace, a high coupling in the kinematic relationships and more constraining singularities. In order to overcome these disadvantages, the decoupling of the movements of parallel robots has been proposed. Thus, the research project deals with the design, the optimization and the improvement of a new family of parallel manipulators from 3 to 6 degrees of freedom named PAMINSA (PArallel Manipulator of the I.N.S.A.). The second part of this manuscript presents the characteristics of these architectures, namely the decoupling between the movements of the platform in the horizontal plane from its translations along the vertical axis. In a third section, we analyse the singular configurations of these manipulators. This analysis is necessary in order to choose the manipulator which has the largest singularity-free workspace. In sections 4 and 5, we propose novel methods allowing an increase in the size of their singularity-free workspace. The first solution is based on the use of mechanisms with variable structures, i.e. mechanisms of which structural parameters can be altered. Such a solution makes it possible to increase the singularity-free workspace to 100% of the maximal workspace. The second solution deals with the optimization of the dynamic parameters of the manipulators, which makes it possible to pass through the singularities during the displacements of the manipulator. Finally, in a sixth section, a new, fast and efficient method of computing the accuracy of PAMINSA manipulators is described. In addition, solutions for the improvement of functional characteristics of PAMINSA manipulators are proposed.
Il est bien connu que, parmi les nombreux avantages des manipulateurs parallèles par rapport aux robots sériels, on peut citer des vitesses et accélérations plus élevées, et une plus grande capacité de charge. Cependant, il existe des inconvénients, comme un volume de travail restreint, de forts couplages cinématiques et des singularités plus contraignantes. Afin d'améliorer leurs performances, des travaux ont été menés concernant le découplage des mouvements des robots parallèles. Le projet de thèse porte sur la conception, l'optimisation et l'amélioration d'une nouvelle famille de manipulateurs parallèles de 3 à 6 degrés de libertés partiellement découplés appelés PAMINSA (PArallel Manipulator of the I.N.S.A.). La deuxième partie de ce manuscrit présente la particularité de ces architectures qui est le découplage entre les mouvements de la plateforme dans le plan horizontal et les translations suivant l'axe vertical. Dans une troisième partie, nous faisons l'analyse des singularités de ces manipulateurs. Cette analyse est nécessaire pour choisir le manipulateur qui a le plus grand espace de travail sans singularité. Dans les parties 4 et 5, nous proposons des méthodes permettant d'augmenter la taille de leur espace de travail sans singularité. La première solution est basée sur l'utilisation de mécanismes à structure variable, c'est-à-dire des mécanismes dont les paramètres structurels peuvent être changés. Cette solution permet d'augmenter l'espace de travail sans singularité jusqu'à 100% de l'espace de travail total. La deuxième solution porte sur une optimisation des paramètres dynamiques des manipulateurs qui permet de traverser les singularités lors de déplacements de la plate-forme. Enfin, dans une sixième partie, une nouvelle méthode performante et rapide permettant de calculer la précision des manipulateurs PAMINSA ainsi que des solutions pour améliorer leurs caractéristiques fonctionnelles sont
proposées.
proposées.
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