Modal control of flexible cable-driven parallel robots

Commande modale de robots parallèles à câbles flexibles

Xavier Weber (1)

1 ICube - Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie

Cable-driven parallel robots use cables only to connect a fixed base to a mobile end-effector. Robot motion is obtained by winding the cables around pulleys to alter their length. Thus, cable-driven parallel robots are lightweight, can achieve very high dynamics and exhibit a very large workspace.Therefore, they are subject tp high magnitude and low frequency vibrations, because of their very low end-effector stiffness.This thesis proposes a novel approach for effective active damping of those vibrations.The dynamical model of a cable-driven parallel robot embedding reaction wheels is derived, lineraized around an equilibrium point and projected onto modal space, in which vibrations are decoupled.For each vibration mode, a control algorithm designed by poles placement adapted to the associated vibration natural frequency is applied for active vibration damping.Experiments conducted on a realistic simulation and two prototypes are presented to validate this approach.

Les Robots Parallèles à Câbles sont des robots possédant un effecteur relié à une base uniquement à l’aide de câbles, dont il est possible de modifier la longueur. Ils sont ainsi légers, capables de grandes dynamiques et peuvent présenter un énorme espace de travail.Mais ils sont sujets à des vibrations de grande amplitude et basse fréquence à cause de leur rigidité très faible. Cette thèse propose une approche originale d'amortissement actif pour atténuer efficacement ces vibrations. Le modèle dynamique du robot à câbles embarquant des roues à inertie est calculé, linéarisé autour d'un point d'équilibre et projeté dans l'espace modal dans lequel les vibrations sont découplées. Une commande par placement de pôles adapté à la fréquence naturelle de vibrations est appliquée pour chaque mode. Les résultats sur une simulation et deux prototypes sont présentés pour valider cette approche.

Mots clés: Control; Cable-driven; Parallel robot; Modal space; Vibrations

Mots clés: Commande; Robot à câbles; Robot parallèle; Espace modal; Vibrations

Domaines: Automatique / Robotique

Xavier Weber. Commande modale de robots parallèles à câbles flexibles. Automatique / Robotique. Université de Strasbourg, 2016. Français. ⟨NNT : 2016STRAD026⟩. ⟨tel-01544522⟩