Control of cable-driven parallel robots with embedded actuators

Les robots parallèles à câbles présentent plusieurs avantages par rapport aux robots parallèles classiques. En raison de la faible masse des câbles, qui remplacent les corps rigides, la masse à déplacer par le robot est plus faible. Par conséquent, ces robots manipulateurs permettent d’atteindre des vitesses et accélérations élevées et de couvrir un espace de travail plus important. Les robots parallèles à câbles sont également plus facilement reconfigurables et moins coûteux.En contrepartie, la flexibilité des câbles dégrade les performances en termes de précision et de temps d’établissement. Il est donc nécessaire d’atténuer les vibrations induites par la faible rigidité de l’effecteur actionné par câbles.L’élasticité des câbles réduit également la bande passante des efforts qu’ils peuvent transmettre. En effet, plus les câbles sont longs ou composés d’un matériau élastique, plus la longueur de câble à enrouler pour générer une force donnée est grande. Cette bande passante réduite des enrouleurs des câbles limite les performances des robots parallèles à câbles. Elle ne permet pas de rejeter efficacement les vibrations et de suivre des trajectoires dynamiques et rapides par l’action seule des enrouleurs des câbles.Dans cette thèse, on propose d’embarquer sur la plateforme différents types d’actionneurs additionnels pour améliorer la dynamique du robot. Ces actionneurs sont dotés d’une bande passante plus élevée que celle des enrouleurs des câbles. Une commande prédictive optimale est proposée pour distribuer à la fois les efforts des câbles et des actionneurs embarqués contribuant au mouvement du robot.Des expérimentations, menées sur deux prototypes de robots parallèles à câbles, valident l’approche et évaluent les performances de l’amortissement actif des vibrations et du suivi de trajectoire.Cable-driven parallel robots exhibit many advantages over traditional parallel robots. Due to the low mass of the cables, which replace the rigid links, the mass to be moved by the robot is lighter. Therefore, these manipulators can reach higher speeds and accelerations and cover larger workspaces. Cable-driven parallel robots are also easily scalable and less expensive.On the other hand, the flexibility of the cables degrades the performances in terms of precision and settling time. Hence, it is necessary to attenuate the vibrations induced by the low rigidity of the end-effector actuated by the cables. The elasticity of the cables also reduces the bandwidth of the forces that they can transmit. Indeed, the longer the cables made of an elastic material, the greater the required cable length to be wound to generate a given force. The reduced cable winches bandwidth hinders the performances of the cable-driven parallel robots. It prevents the effectiveness of vibration damping and the tracking of fast and dynamic trajectories by the action of the cables only.In this thesis, we propose to embed different types of additional actuators on the platform to improve the robot dynamics. These actuators have a higher bandwidth compared to the cable winches. An optimal predictive control is proposed to distribute both the forces of the cables and the on-board actuators contributing to the overall movement of the robot. Experiments are carried out on two prototypes of cable-driven parallel robots to validate the approach and evaluate the performances of the active vibration damping and the trajectory tracking