Contribution à l'identification et à la commande des robots parallèles

Cette these est consacree a l'identification et a la commande de machines paralleles (robot H4 du LIRMM). Les robots paralleles possedent une dynamique elevee ce qui impose de lois de commande capables de prendre en compte cette dynamique. Ces lois sont bassees sur le modele dynamique du robot et les parametres dynamiques doivent etre estimes d'abord. Nous avons propose deux approches pour identifier ces parametres : une premiere approche par moindres carres ponderes et une deuxieme approche dans un contexte a erreur bornee qui fourni un ensemble solution garantie. Dans ce dernier cas deux methodologies sont mises en œuvre : estimation ellipsoidale et estimation par intervalles. Une analyse experimentale comparative des trois methodes pour l'estimation des 14 parametres du robot est alors presentee. Les parametres sont alors utilises pour la synthese d'une commande predictive fonctionnelle referencee sur un modele lineaire. Une methodologie originale a ete developpee : d´abord l'identification du modele dynamique et linearisation du systeme, puis l'identification du modele interne pour la commande predictive et synthese de cette commande avec pre-bouclage en vitesse afin de stabiliser le processus linearise. Cette commande est comparee a deux strategies classiques utilisees en robotique : la commande PID et la commande dynamique. Les performances de ces commandes ont ete testees lors de mouvements simples et complexes. La strategie predictive fournit de meilleures reponses en termes de dynamique, precision et robustesse.

[1]  C. C. Wit,et al.  Parameters Identification of Robots Manipulators via Sequential Hybrid Estimation Algorithms , 1990 .

[2]  L. Jaulin,et al.  Solution globale et garantie de problemes ensemblistes; applications a l'estimation non lineaire et a la commande robuste , 1994 .

[3]  O. Company,et al.  H4: a new family of 4-DOF parallel robots , 1999, 1999 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (Cat. No.99TH8399).

[4]  O. Lhomme,et al.  Contribution a la résolution de contraintes sur les réels par propagation d'intervalles , 1994 .

[5]  Jan Swevers,et al.  Experimental identification of robot dynamics for control , 2000, Proceedings 2000 ICRA. Millennium Conference. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Symposia Proceedings (Cat. No.00CH37065).

[6]  J. Richalet,et al.  Industrial applications of model based predictive control , 1993, Autom..

[7]  Luc Jaulin,et al.  Applied Interval Analysis , 2001, Springer London.

[8]  Philippe Poignet,et al.  Robust estimation of parallel robot dynamic parameters with interval analysis , 2003, 42nd IEEE International Conference on Decision and Control (IEEE Cat. No.03CH37475).

[9]  Benoît Raucent Identification des paramètres dynamiques des robots manipulateurs , 1990 .

[10]  Philippe Poignet,et al.  Predictive functional control for a parallel robot , 2003, Proceedings 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2003) (Cat. No.03CH37453).

[11]  Jacques Gangloff Asservissements visuels rapides d'un robot manipulateur a 6 degres de liberte , 1999 .

[12]  François Pierrot,et al.  A new high-speed 4-DOF parallel robot synthesis and modeling issues , 2003, IEEE Trans. Robotics Autom..

[13]  Eric Walter,et al.  Set-Membership Estimation with the Trace Criterion made Simpler than with the Determinant Criterion , 2000 .

[14]  C. Samson Robust control of a class of non-linear systems and applications to robotics , 1987 .

[15]  Emmanuel Sedda Estimation en ligne de l'etat et des parametres d'une machine asynchrone par filtrage a erreur bornee et par filtrage de kalman , 1998 .

[16]  Maxime Gautier,et al.  Nonlinear model predictive control of a robot manipulator , 2000, 6th International Workshop on Advanced Motion Control. Proceedings (Cat. No.00TH8494).

[17]  Philippe Poignet,et al.  Model based predictive control of a fully parallel robot , 2003 .

[18]  Maxime Gautier,et al.  Experimental dynamic identification of a fully parallel robot , 2003, 2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No.03CH37422).

[19]  George A. Bekey,et al.  Identification of robot dynamics , 1986, Proceedings. 1986 IEEE International Conference on Robotics and Automation.

[20]  Witold Pedrycz,et al.  Bounding approaches to system identification , 1997 .

[21]  Y. F. Huang,et al.  On the value of information in system identification - Bounded noise case , 1982, Autom..

[22]  William F. Stevens,et al.  Discrete dynamic optimization applied to on-line optimal control , 1968 .

[23]  Eric Walter,et al.  Identification of Parametric Models: from Experimental Data , 1997 .

[24]  Romuald Ginhoux Compensation des mouvements physiologiques en chirurgie robotisée par commande prédictive , 2003 .

[25]  Friedrich M. Wahl,et al.  Identification of robot dynamics with differential and integral models: a comparison , 1994, Proceedings of the 1994 IEEE International Conference on Robotics and Automation.

[26]  Gu Fang,et al.  Model Predictive Control for Industrial Robots , 2000 .

[27]  Etienne Burdet,et al.  Adaptive control of the Hexaglide, a 6 dof parallel manipulator , 1997, Proceedings of International Conference on Robotics and Automation.

[28]  Carlos Canudas de Wit,et al.  Theory of Robot Control , 1996 .

[29]  Arnold Neumaier,et al.  Solving Ill-Conditioned and Singular Linear Systems: A Tutorial on Regularization , 1998, SIAM Rev..

[30]  Frank L. Lewis,et al.  Control of Robot Manipulators , 1993 .

[31]  A. Propoi Use of linear programming methods for synthesizing sampled-data automatic systems , 1963 .

[32]  Suzanne Lesecq,et al.  Une approche factorisée plus simple et numériquement stable pour l'estimation ensembliste ellipsoïdale , 2002 .

[33]  Jon G. Rokne,et al.  New computer methods for global optimization , 1988 .

[34]  Wisama Khalil,et al.  Identification of the dynamic parameters of a closed loop robot , 1995, Proceedings of 1995 IEEE International Conference on Robotics and Automation.

[35]  Philippe Poignet,et al.  Ellipsoidal estimation of parallel robot dynamic parameters , 2003, Proceedings 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2003) (Cat. No.03CH37453).

[36]  Weiping Li,et al.  Applied Nonlinear Control , 1991 .

[37]  J. Richalet,et al.  Model predictive heuristic control: Applications to industrial processes , 1978, Autom..

[38]  Philippe Poignet,et al.  Estimation ellipsoidale des paramètres dynamiques d'un robot parallèle , 2003 .

[39]  Philippe Poignet,et al.  Comparison of weighted least squares and extended Kalman filtering methods for dynamic identification of robots , 2000, Proceedings 2000 ICRA. Millennium Conference. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Symposia Proceedings (Cat. No.00CH37065).

[40]  Mark W. Spong,et al.  Robot dynamics and control , 1989 .

[41]  Etienne Burdet,et al.  Controllers with desired dynamic compensation and their implementation on a 6 DOF parallel manipulator , 2000, Proceedings. 2000 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2000) (Cat. No.00CH37113).

[42]  Minh Tu Pham Contribution à la modélisation, l'identification et la commande de systèmes mécaniques à flexibilités localisées : application à des axes de machines-outils rapides , 2002 .

[43]  Pedro Pablo Restrepo Contribution a la modelisation, identification et commande des robots a structures fermees : application au robot acma sr400 , 1996 .

[44]  C. R. Cutler,et al.  Dynamic matrix control¿A computer control algorithm , 1979 .

[45]  J. A. Rossiter,et al.  PREDICTIVE FUNCTIONAL CONTROL: MORE THAN ONE WAY TO PRESTABILISE , 2002 .

[46]  Takeo Kanade,et al.  Parameter identification of robot dynamics , 1985, 1985 24th IEEE Conference on Decision and Control.

[47]  H. Hermes,et al.  Foundations of optimal control theory , 1968 .

[48]  M. Gautier Numerical calculation of the base inertial parameters of robots , 1991, J. Field Robotics.

[49]  Krzysztof Kozłowski,et al.  Modelling and Identification in Robotics , 1998 .

[50]  Wisama Khalil,et al.  Modeling of mechanical systems with lumped elasticity , 2000, Proceedings 2000 ICRA. Millennium Conference. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Symposia Proceedings (Cat. No.00CH37065).

[51]  Koichi Osuka,et al.  A New Identification Method for Serial Manipulator Arms , 1984 .

[52]  Carlos Canudas de Wit,et al.  Adaptive Friction Compensation in Robot Manipulators: Low Velocities , 1991, Int. J. Robotics Res..