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Journée GT6 Mécanismes Reconfigurables - Conception à Commande - le lundi 3 octobre 2016 à Clermont-Ferrand

Chers membres du GDR,

Le GT6 "Conception innovante et mécatronique" a organisé une journée scientifique le lundi 3 octobre 2016 à Sigma-Clermont, Institut Pascal, Clermont-Ferrand

Le thème de la journée était celui des mécanismes reconfigurables, de leur conception à leur commande, aussi bien dans les domaines de la robotique mobile, de manipulation et des grands espaces.

Nous avons eu le plaisir d'accueillir et d'écouter deux orateurs invités :

1. Prof. Jian DAI, de "King's College of London", Royaume-Uni, spécialiste de l'analyse cinématique des mécanismes et de l'étude de mécanismes reconfigurables.
http://www.kcl.ac.uk/nms/depts/informatics/people/atoz/daij.aspx
2. Prof. Philippe CARDOU, du Laboratoire de Robotique de l’Université Laval, Québec, Canada, spécialiste de la robotique parallèle à câbles.
http://robot.gmc.ulaval.ca/en/members/current-members/philippe-cardou/

Le programme de la journée fut le suivant :

9h30 Accueil

10h Prof. Jian DAI, King's College, Chair Professor of Mechanisms and Robotics, Centre for Robotics Research, School of Natural and Mathematical Sciences, King’s College London, University of London, UK,

Title: Kinematics That Entails Reconfigurable Mechanisms

Abstract: This talk presents the study of kinematics and screw theories and their relations to Lie groups and Lie algebra through finite screws and is to be followed by the kinematics entailed reconfigurable mechanisms and robots. The intrinsic theory in the kinematics study provides a foundation of development of reconfigurable mechanisms and robots in their various forms, leading to a two-decade innovation in metamorphic mechanisms, reconfigurable robots and evolutionary parallel robots. With change of order of a screw system, the mechanism changes its mobility and presents its different topologies. Extensive applications of the reconfigurable mechanisms and robots are to be presented in the aspects of assembly, packaging, food industry, domestic robots, walking robots, and medical robots, with the current state of the art of reconfigurable mechanisms and robots.

Bio: Professor Jian S. Dai is a world leader and founder in developing a field of research and practice in reconfigurable mechanisms. He coined and advocated the idea of reconfigurable mechanisms as a promising concept to bridge the gap between versatile but expensive robots, and efficient but non-flexible machines. In his 28 years of study of screw theory, Prof. Dai established himself as an international leading figure in the field of theoretical kinematics particularly in screw theory from his work on finite twists in early 1990s to the continuing publications on screw systems and screw algebra in the last twenty years, leading to a recently published book entitled “Geometrical Foundation and Screw Algebra of Mechanisms and Robotics” in Chinese translated from the English original that is to be published.
Prof. Dai received the 2015 ASME Mechanisms and Robotics Award in Boston, and is the 27th recipient of this prestigious lifelong-contribution award established in 1974 as in
Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Mechanisms_and_Robotics_Award
Prof. Dai is also the recipient of several conference and journal paper awards, ASME/IEEE outstanding service award, 2010 King’s College London Overall Supervisory Excellence Award, and 2012 Mechanisms Innovation Award from the China mechanisms committee. He is a Fellow of the ASME and IMechE, and has published over 450 works including three authored books.

11h Damien SIX, IRCCyN, Nantes, « A Generic Controller Avoiding Dynamic Model Degeneracy of Parallel Robots during Singularity Crossing »
Abstract: Parallel robots present singular configurations that divide the operational workspace into several aspects. It was proven that Type 2 and Leg Passive Joint Twist System singularities can be crossed under the constraint of a dynamic criterion. However, the development of a controller able to track such trajectories is up to now limited to Type 2 singularities and with the respect of a restrictive criterion, which decreases the total number of possible trajectories for crossing a singularity. The presented work proposes a generic controller able to track trajectories respecting the general criterion for any singularity that leads to potential issues of dynamic model degeneracy (LPJTS and Type 2). A solution to the inverse dynamic model that does not degenerate in the singularity locus has been expressed to implement such controller. The tracking is operated in the robot joint space. Experimental results on a five-bar mechanism showed the controller ability to successfully cross Type 2 singularities.

11h30 Adrien KOESSLER, Institut Pascal, Clermont-Ferrand, « Nouvel algorithme pour la détection du mode d’assemblage des mécanismes parallèles »
Résumé : L’un des problèmes majeurs auxquels les architectures parallèles sont confrontées est la petitesse de leur espace de travail atteignable. Parmi toutes les solutions proposées, la traversée des singularités de Type 2 à l’aide d’une génération de trajectoire et d’un schéma de commande adaptés [1][2] est une méthode de reconfiguration prometteuse et généralisable. Cependant, elle nécessite de connaître en temps-réel le mode d’assemblage du robot, ce qui implique d’investir dans des capteurs supplémentaires. Pour pallier ce problème, nous proposons un algorithme basé sur l’analyse par intervalles capable de déterminer le mode d’assemblage courant d’un mécanisme quelconque, même s’il change au cours du temps. Les méthodes classiques de résolution du modèle géométrique par intervalles sont bien connues, mais elles ne peuvent pas être utilisées à l’approche des singularités de Type 2 [3]. La modification apportée consiste en le suivi de la vitesse opérationnelle de l’effecteur en plus de sa pose. Cette information de vitesse donne à l’algorithme la capacité de statuer sur le mode d’assemblage courant du mécanisme. De fait, l’algorithme proposé remplace les méthodes basées sur la redondance métrologique. La fiabilité de l’algorithme a été validée expérimentalement sur un mécanisme à cinq barres, et son comportement a été analysé. Une perspective évoquée est l’utilisation de l’algorithme dans la génération robuste de trajectoires de reconfiguration.
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12h Déjeuner

13h30 Visite du Centre de Transfert de Technologies de Sigma Clermont

14h Prof. Philippe CARDOU, Université Laval, Québec, Canada, "Quelques outils pour la reconfiguration des robots parallèles entraînés par câbles"
Résumé : Les robots parallèles entraînés par câbles (RPEC) tels que la skycam détiennent certains avantages possibles par rapport aux manipulateurs robotiques conventionnels. Parmi ces avantages possibles, citons le grand espace de travail, le faible coût, la génération de grandes vitesses et accélérations, et la facilité de redéploiement et de reconfiguration. En particulier, la capacité de reconfiguration des RPEC pourrait être un argument décisif pour l’utilisation de ces robots dans des applications comme la fabrication de grandes pièces en petites séries, les spectacles ou les opérations de secours suite à un tremblement de terre, par exemple. Des outils pour faciliter la reconfiguration des RPEC ont donc été développés au Laboratoire de robotique de l’Université Laval et seront passés en revue. Parmi les principales contraintes à prendre en compte quand on reconfigure un RPEC, on trouve les limites en tensions des câbles et les interférences entre les câbles. Des méthodes simples ont été développées pour visualiser l’espace de travail où ces contraintes sont satisfaites. De plus, il serait souhaitable d’avoir un certain degré d’automatisation dans le choix d’une nouvelle configuration du RPEC. Pour ce faire, une méthode de synthèse pour la géométrie des RPEC a été proposée. Enfin, une fois la nouvelle configuration atteinte, il est souvent nécessaire d’étalonner un RPEC, c’est-à-dire, d’estimer a posteriori les positions de ses enrouleurs. Une méthode est aussi proposée à cet effet.
Bio : Philippe Cardou est professeur au Département de génie mécanique de l’Université Laval et membre du Laboratoire de robotique depuis 2007. Ses intérêts de recherche portent sur la robotique et les mécanismes : la cinématique en générale, les robots entraînés par câbles, la synthèse de mécanismes, la synthèse de prises et les mécanismes déformables. P. Cardou a publié des articles sur ces sujets dans des revues et actes de conférences internationales. Il mène aussi des projets de recherche collaborative avec des compagnies telles que Robotiq Inc. et Laserax. Au Laboratoire de robotique, P. Cardou a accès à des infrastructures de premier plan comme un robot parallèle à câbles dynamiquement reconfigurable, des contrôleurs temps-réel, une imprimante 3D, un système de capture de mouvement Vicon.

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14h30 Sébastien KRUT, LIRMM, Montpellier, « Remora, un robot reconfigurable pour l'usinage par tronçons de pièces de grandes dimensions »
Cet exposé présentera la solution Remora de robot reconfigurable pour l'usinage par tronçons de pièces de grandes dimensions. Ce robot parallèle composé de 4 paires de jambes (plutôt que 3 comme pour une plateforme de Gough classique) profite de l'apport de la redondance pour se reconfigurer. Il dispose de 2 modes de fonctionnement: un mode d'usinage où tous les pieds sont clampés au sol, et un mode de re-positionnement où chaque jambe se déplace successivement d'un point d'ancrage à un autre. Une approche de commande unifiée a été élaborée: elle permet le pilotage du robot lorsqu'il est redondant d'actionnement (mode usinage), redondant cinématiquement (mode re-positionnement), ou encore lors des phases de transition d'un mode à un autre.

Bio :Sébastien KRUT a été reçu à l'agrégation de Mécanique en 1999 après des études à l'Ecole Normale Supérieure de Cachan (élève Normalien). Il a effectué un DEA de Robotique à l'Université Pierre et Marie Curie (Paris VI) en 2000. Il a obtenu le titre de Docteur en Robotique/Automatique/Traitement du Signal après une thèse au LIRMM en 2003. Il a été recruté comme Chargé de Recherche CNRS au LIRMM en 2004, après un PostDoc au JRL à Tsukuba (Japon). Il s'intéresse principalement à la conception/commande de robots manipulateurs parallèles.

15h Jean-Christophe FAUROUX, Institut Pascal, Clermont-Ferrand, "Collaborative Cross and Carry mobile roBots : the C3Bots project - Agile reconfigurable mobile manipulators for payload transport."
Résumé: Ces robots peuvent s’agréger en nombre variable autour d'une charge à transporter, selon sa forme et sa masse. En ce sens, il s'agit d'un poly-robot reconfigurable dont la charge fait partie intégrante.
Il y a deux variantes du système, pour le transport dorsal de charges quelconques et pour le transport ventral de charges longues. Cette dernière version dispose d'ailleurs de plusieurs modes de locomotion reconfigurables, permettant d'avoir des stratégies spécifiques pour le franchissement d'obstacles. Les travaux menés portent sur la synthèse structurale et dimensionnelle, la modélisation et la conception mécanique, avec également des aspects commande.
Le projet est porté par le LabEx ImobS3 et la SATT Grand Centre et a fait l'objet de plusieurs brevets.

15h30 Abhilash NAYAK, IRCCyN, Nantes, "Operation Mode Analysis and Comparison of some Lower-mobility Parallel Manipulators"
The presentation will deal with the comparison of 3-RPS, 3-SPR, 3-PRS and 3-PUU parallel manipulators based on their operation modes and singularity-free workspace. The operation modes of those manipulators are identified by using algebraic geometry. Then, the parallel singularities of the parallel manipulators at hand are analyzed in order to trace their singularity loci throughout their orientation workspace. An index, named Maximum Inscribed Circle Radius (MICR), is defined to compare the four manipulators under study. It is based on their maximum singularity-free workspace and the ratio between their circumradius of the moving-platform to that of the base. The parasitic motions of the manipulators are also considered in the comparative analysis.

16h Huijuan FENG, Tianjin University, Chine, "Singularity, bifurcation and reconfiguration of a special origami pattern"

The traditional waterbomb origami, produced from a pattern consisting of a series of vertices where six creases meet, is one of the most widely used origami patterns. The talk will presents a thorough kinematic investigation including singularity, bifurcation and reconfiguration on symmetric folding of the waterbomb pattern. It has been found that the pattern can bifurcate under certain circumstance. Moreover, the pattern can be used to fold thick panels, and the folding process is kinematically equivalent to the origami of zero-thickness sheets. When the left and right edges of the pattern are joined together, a waterbomb tube is obtained, of which the bifurcation behavior is also revealed. The findings pave the way for the pattern being readily used not only to fold deployable structures ranging from flat roofs to large solar panels but also to create shape-changing structures and soft robots.

16h30 Bilan et fin de journée


Veuillez trouver les supports des présentations de cette journée en cliquant sur les liens ci-dessous.


Chedli Bouzgarrou, Pierre Renaud, Gabriel Abba et Stéphane Caro