Design and collaborative control of modular mobile manipulators

Conception et commande collaborative de manipulateurs mobiles modulaires (C3M3)

Zine Elabidine Chebab (1)

1 IP - Institut Pascal

In recent years, the concept of Industry 4.0 has led to new possibilities of use for mobile manipulators (MMs) that are generally made of a manipulator arm mounted on a mobile base. The current Ph.D. is focused on the synthesis and control of new cooperative MMs by defining three challenges. The first challenge concerns the widening of the fields of application of robots. Therefore, we define a modular robotic system based on the use of multiple MMs (mono robots or m-bots) that can be used as a global system (poly-robot or p-bot) for collaborative tasks. The second challenge concerns the definition of the kinematic structure of the MMs. We propose a new generic method of structural synthesis that allows to obtain multiple kinematic architectures for m-bots that respect the constraints imposed by the task and the workspace. This method is based on structural analysis of MMs by the evaluation of the structural parameters (connectivity, mobility, redundancy and overconstraint). The last challenge concerns the modelling and control of the new architectures for the new fields of application. Two control laws (PID control and hybrid force-position control) are proposed in order to realise the considered task. Their validation is done with advanced simulations.

Dans un contexte d’Industrie 4.0, on perçoit de nouveaux usages possibles des manipulateurs mobiles (MMs), des robots généralement obtenus par l’association d’un bras manipulateur et d’une plate-forme mobile. Ce travail de thèse se focalise sur la synthèse et la commande de nouveaux MMs coopératifs en définissant trois défis à relever. Le premier défi concerne l’élargissement des domaines d’utilisation des robots par la possibilité de leur utilisation coopérative. Nous définissons ainsi un système robotique modulaire basé sur l’utilisation d’entités robotiques appelés mono-robots (m-bots). Ceux-ci sont des MMs qui peuvent se réarranger sous forme de poly-robot (p-bot) pour réaliser une tâche en collaboration. Le deuxième défi se focalise sur la définition de l’architecture cinématique élémentaire de ces robots. Ainsi, nous proposons une démarche générique de synthèse structurale qui permet l’obtention de plusieurs architectures de m-bots respectant les cahiers des charges relatifs à la tâche en tant que m-bot, mais aussi en tant que p-bot pour un environnement considéré. Cette démarche est basée sur l’analyse structurale des MMs à l’aide des paramètres structuraux des mécanismes (connectivité, mobilité, redondance et hyperstatisme). Le troisième défi proposé est d’arriver à modéliser et contrôler les architectures de MMs synthétisées pour la tâche. Deux lois de commande (PID et hybride force-position) sont proposées pour la réalisation de la tâche considérée. Leur validation a été réalisée grâce à des simulations avancées.

Mots clés: Industrial and service robotics; Mobile manipulators; Collaborative and cooperative robots; Structural parameters; Structural analysis; Structural synthesis; Modelling of mobile manipulators; Dimensional synthesis; Control of mobile manipulators

Mots clés: Robotique industrielle et de service; Manipulateurs mobiles; Collaboration et coopération robotiques; Paramètres structuraux; Analyse structurale; Synthèse structurale; Modélisation des manipulateurs mobiles; Synthèse dimensionnelle; Commande des manipulateurs mobiles

Domaines: Automatique / Robotique

Zine Elabidine Chebab. Conception et commande collaborative de manipulateurs mobiles modulaires (C3M3). Automatique / Robotique. Université Clermont Auvergne [2017-2020], 2018. Français. ⟨NNT : 2018CLFAC070⟩. ⟨tel-02130445⟩