Synthèse typologique et dimensionnelle des mécanismes à chaînes cinématiques fermées : application aux robots parallèles

This PhD thesis deals with the optimal design of translational parallel robots. Both aspects of mechanisms synthesis are introduced: typological synthesis and dimensional synthesis. The first part of this document deals with the dimensional synthesis of four different types of translational parallel robots, Delta, 3-UPU, Tri-Pyramid and RAF, for the same prescribed workspace. The obtained results yield a number of optimal solutions for each robot in terms of compactness and dexterity; however, this procedure does not allow an easy selection of a unique optimal robot for the given task. In the second part, an evolutionary synthesis approach addressing both aspects, i.e., type and dimensions, simultaneously, is presented. This procedure consists of an optimization algorithm, which allows the selection of the optimal typology and the determination of its dimensions for a given application. This method is illustrated using the cable driven parallel robot LAWEX designed at Laboratory of Robotics and Mechatronic (LARM) at Cassino. Four designs of LAWEX with different cables configurations are proposed and studied. A dimensional synthesis problem of LAWEX is then presented and solved using the proposed designs. The obtained result is a Pareto Front composed of a set of non-Dominated solutions of different designs of LAWEX. To select a unique solution, an additional criterion is considered to assure the users safety by avoiding collusion with cables. The retained solution is then compared to the existent prototype to evaluate the contributions of our synthesis approach.Les travaux menés dans le cadre de cette thèse portent sur la conception optimale des robots parallèles translateurs. Deux aspects de la synthèse des mécanismes sont évoqués : la synthèse typologique et la synthèse dimensionnelle. Une première partie s’intéresse à la synthèse dimensionnelle de quatre types différents de robots parallèles translateurs, le Delta, le 3-UPU, le Tri-pyramide et le RAF, pour le même espace de travail prescrit. Cette synthèse bien qu’elle nous ait donné une idée sur les performances de chaque type à travers un ensemble de solutions optimales de chacun, elle ne permet pas de sélectionner le robot optimal en termes de dextérité et compacité pour le problème proposé. Dans une deuxième partie, une approche de synthèse évolutionnaire qui traite les deux aspects, type et dimensions, simultanément est élaborée. Elle consiste en un algorithme d’optimisation qui permet à la fois le choix de la typologie optimale et la détermination de ses dimensions pour une application donnée. Cette méthode a été illustrée sur le robot parallèle à câbles LAWEX, conçu au LAboratoire de Robotique et Mécatronique (LARM) à Cassino. Quatre modèles avec différentes configurations des câbles ont été proposés et étudiés. Ces derniers ont fait l’objet d’une synthèse combinée pour sélectionner le meilleur modèle en termes de compacité et tension maximale exercée par les câbles. Cette synthèse a permis la génération du front de Pareto contenant différentes solutions non-dominées des différents modèles du LAWEX. Etant donnée que le robot est dédié à la rééducation physique du membre supérieur, un critère décisif sur la sécurité des patients a été considéré pour sélectionner une solution unique. La solution retenue a été comparée au prototype existant de LAWEX pour évaluer la contribution portée par notre approche de synthèse