Soutenance de thèse : Thibault GARCIA

Contrôle actif des vibrations des robots parallèles à câbles destinés à des applications rapides et de haute précision

Doctorant : Thibault GARCIA

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structure

École doctorale : ED162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Les Robots Parallèles à Câbles (RPC) sont des robots à architecture parallèle où l'effecteur est guidé dans l'espace par des câbles, qui sont pilotés à l'aide de systèmes de moteurs-enrouleurs. Les RPC sont appréciés pour leur facilité d'implémentation, leur large espace de travail et leur modularité. Néanmoins, des vibrations de l'effecteur peuvent apparaître lors de la trajectoire et donc limiter la précision des RPC. Cela est principalement dû à la faible raideur des câbles. Cette perte de précision limite donc l'utilisation des RPC pour des applications nécessitant une grande précision, comme la fabrication additive par exemple. Cette thèse se focalise principalement sur l'augmentation de la précision des RPC de petite dimension et pleinement contraints (haute fréquence) à travers l'utilisation de méthodes de contrôle actif des vibrations en utilisant des transducteurs piézoélectriques embarqués sur les câbles du robot. Cette thèse propose donc d'établir un lien entre le domaine de la robotique et du contrôle actif des structures vibrantes. À travers une modélisation rigoureuse d'un tel système robotisé, la dynamique vibratoire de l'effecteur est formulée. Cette équation met en lumière l'évolution des paramètres modaux en fonction de la position de l'effecteur, menant à la nécessité d'une adaptation des lois de contrôle afin de garantir les performances et la stabilité. Dans ce travail sont proposées deux approches de contrôle actif. La première méthode consiste à utiliser la colocalisation entre le capteur et l'actionneur d'un même câble (câble actif), propriété très appréciée pour des questions de stabilité. L'objectif est d'utiliser un ensemble limité de câbles actifs, en utilisant la loi de contrôle Integral Force Feedback (IFF). La colocalisation permet d'établir un indice énergétique de sélection des câbles actifs. Une version de l'IFF prenant en compte l'évolution des modes du robot le long de la trajectoire est proposée. La seconde méthode consiste à utiliser un contrôleur Linear Quadratic (LQ) en utilisant les capteurs de force sur les câbles pour reconstruire les états vibratoires de l'effecteur à partir d'un filtre de Kalman. Ces états sont contrôlés à partir d'une matrice de gains. Une version adaptative de ce contrôleur est mise en place. Ces deux contrôleurs IFF et LQ sont ensuite implémentés et étudiés sur deux RPC haute fréquence, un robot numérique à 8 câbles et 6 degrés de liberté (DDL) et un robot expérimental à 4 câbles et 3 DDL. Une réduction des amplitudes vibratoires est effectivement obtenue le long de trajectoires rapides et complexes comportant de fortes accélérations locales.