Thèse Contributions à la commande dynamique

Université Blaise Pascal – Clermont II
Ecole Doctorale Science Pour l’Ingénieur de Clermont-Ferrand
Thèse
Présentée pour obtenir le grade de
Docteur d’Université
Spécialité : Vision pour la robotique
par
Flavien PACCOT
Contributions à la commande dynamique
référencée capteur de robots parallèles

2

Table des matières
Introduction 12
Notations 12
1 Etat de l’art 17
1.1 Généralités à propos des robots parallèles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.1.1 Définition ............................... 19
1.1.2 Des grandes familles et des applications industrielles . . . . . . . . 19
1.2 De la théorie à la pratique : les problèmes actuels des robots parallèles . 23
1.2.1 Comparaison entre sériel et parallèle . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.2 La dualité sériel/parallèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.2.3 Précision remise en cause . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3 Amélioration de la précision par la commande . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.3.1 La commande proprioceptive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.3.2 La commande extéroceptive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.3 Et les robots parallèles ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.4 La modélisation pour la commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.4.1 Les méthodes classiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.4.2 Une méthode en particulier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.5 L’identification pour plus de précision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.6 Un contexte local : MICMAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.7 Problématique et positionnement de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2 Contributions pour l’élaboration d’un MICMAC dynamique 43
2.1 UnespritCartésien.............................. 43
2.2 Reformulation du modèle dynamique dans l’espace Cartésien en fonction
de la pose de l’effecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.1 Reformulation du modèle dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.2 Comparaison des méthodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.3 Conclusion sur la modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3 La commande dynamique des robots parallèles revue et corrigée . . . . . 51
2.3.1 Un esprit Cartésien dans une commande articulaire ? . . . . . . . 52
2.3.2 Reformulons la commande en couple calculé articulaire . . . . . . 52
2.3.3 Le tout Cartésien, une première solution . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.4 La commande en couple calculé avec approche extéroceptive . . . 54
2.3.5 Influence théoriques des perturbations . . . . . . . . . . . . . . . 55
3

2.3.6 Discussion............................... 59
2.4 Conclusions du chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3 Résultats de simulation et d’expérimentations 69
3.1 Résultats des simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.1.1 Protocole des simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.1.2 Application à l’Isoglide-4 T3R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.1.3 Application à l’Orthoglide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.1.4 Application au 3-RRR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.2 Résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2.1 Expérimentations sur l’Isoglide-4 T3R1 . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2.2 Expérimentations sur l’Orthoglide . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.3 Conclusions du chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Conclusion 122
A Modélisation de l’Orthoglide 123
A.1 Modélisation géométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
A.1.1 Modélisation géométrique du robot . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
A.1.2 Modélisation géométrique des jambes . . . . . . . . . . . . . . . . 124
A.2 Modélisation cinématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
A.2.1 Modèle cinématique du robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
A.2.2 Modèle cinématique des jambes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
A.3 Modélisation dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
A.3.1 Dynamique de l’effecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
A.3.2 Dynamique des jambes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
B Modélisation de l’Isoglide-4 T3R1 129
B.1 Modélisation géométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
B.1.1 Modélisation géométrique du robot . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
B.1.2 Modélisation géométrique des jambes . . . . . . . . . . . . . . . . 129
B.2 Modélisation cinématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
B.2.1 Modélisation cinématique du robot . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
B.2.2 Modélisation cinématique des jambes . . . . . . . . . . . . . . . . 132
B.3 Modélisation dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
B.3.1 Dynamique de l’effecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
B.3.2 Dynamique des jambes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
C Modélisation du 3-RRR 135
C.1 Modèle géométrique inverse complet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
C.2 Modèle cinématique complet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
C.3 Modélisation dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
C.3.1 Dynamique de la plateforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
C.3.2 Dynamique des jambes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
D Profils des trajectoires 139
4

TABLE DES MATIÈRES
Bibliographie 152
5