On control of parallel robots for high dynamic performances : from design to experiments - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

On control of parallel robots for high dynamic performances : from design to experiments

Sur la commande des robots parallèles pour des performances dynamiques à haute cadence : de la conception à la validation expérimentale

Résumé

Parallel Kinematic Manipulators (PKMs) have gained an increased popularity in thelast few decades. This interest has been stimulated by the significant advantages of PKMscompared to their serial counterparts, such as better precision and higher accelerationcapabilities. Efficient and performant control algorithms play a crucial role in improvingthe overall performance of PKMs. Control of PKMs is often considered in the literature achallenging task due to their highly nonlinear dynamics, abundant uncertainties, parametersvariation, and actuation redundancy. In this thesis, we aim at improving the dynamicperformance of PKMs in terms of precision and robustness towards changes of operatingconditions. Thus, we propose robust control strategies being extensions of (i) the standardRobust Integral of the Sign of the Error (RISE) feedback control and (ii) the super-twistingSliding Mode Control (SMC). Moreover, an actuator and friction dynamics formulation isproposed within a model-based control strategy to compensate for their resulting errors.Lyaponuv-based stability analysis is established for all the proposed controllers verifyingthe asymptotic convergence of the tracking errors. In order to validate the proposed controllers,real-time experiments are conducted on several parallel robot prototypes: the 3-DOF Delta robot at EPFL, Switzerland, the 4-DOF VELOCE robot, and the 5-DOF SPIDER4robot at LIRMM, France. Several experiments are tested including nominal scenarios, robustnesstowards speed variation, and robustness towards payload changes. The relevanceof the proposed control schemes is proved through the improvement of the tracking errorsat different dynamic operating conditions.
Les manipulateurs cinématiques parallèles (PKMs) ont acquis une popularité croissante au cours des dernières décennies. Cet intérêt a été stimulé par les avantages significatifs des PKM par rapport à leurs homologues en série en matière d’accélérations élevées et de précision.Un développement de contrôles efficaces et performant joue un rôle essentiel dans l’amélioration des performances globales des PKM. Le contrôle des PKM est souvent considéré dans la littérature comme une tâche très difficile en raison de leur dynamique non linéaire, de leurs incertitudes abondantes, de la variation des paramètres et de la redondance des actionnements. Dans cette thèse, nous visons à améliorer les performances dynamiques des PKM en matière de mouvements à grande vitesse, de robustesse et de précision.Ainsi, nous proposons d’améliorer certaines stratégies de contrôle robustes (RISE et SMC supertorsion) et compenser certaines sources d’erreurs (dynamique de l’actionneur et du frottement) par des solutions de contrôle dynamique. Une analyse de stabilité à base de Lyaponuv est établie pour tous les contrôleurs proposés vérifiant la convergence asymptotique de l’erreur de suivi à zéro à mesure que le temps passe à l’infini. Afin de valider les contrôleurs proposés, des expériences en temps réel sont menées sur plusieurs prototypes de robots parallèles: robot Delta à 3 DOF a l’EPFL, en Suisse, robot VELOCE à 4DOF et robot SPIDER4 à 5 DOF au LIRMM, en France. Plusieurs scénarios sont testés, notamment les scénarios nominaux, la robustesse face aux variations de vitesses et la robustesse face aux variations de charge utile. Les méthodes de contrôle proposées vérifient leur capacité et leur capacité à améliorer les performances dynamiques des manipulateurs parallèles,en particulier lorsqu’elles fonctionnent dans des conditions dynamiques élevées(haute vitesse et charge utile gérée).
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Dates et versions

tel-02934747 , version 1 (09-09-2020)
tel-02934747 , version 2 (14-09-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02934747 , version 2

Citer

Hussein Saied. On control of parallel robots for high dynamic performances : from design to experiments. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université Montpellier; Université Libanaise, 2019. English. ⟨NNT : 2019MONTS110⟩. ⟨tel-02934747v2⟩
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