DEXTER Seminars

I am the responsible of organization periodicaly of seminars within DEXTER research team in the départment of Robotics at LIRMM.


Title of the presentation : Towards Rapid and Precise Parallel Kinematic Machines

Speaker: Samah SHAYYA

Date of the seminar : 12 february 2015

Abstract : Parallel manipulators (PMs) have been there for more than half a century and they have been subject of intensive research. In comparison with their serial counterparts, PMs consist of several kinematic chains that connect the fixed base to the moving platform. The interest in such architectures is due to the several advantages they offer, among which we mention: high rigidity and payload-to-weight ratio, elevated dynamical capabilities due to reduced moving masses (especially when the actuators are at or near the base), better precision, higher proper frequencies, etc. Nevertheless, despite of the aforementioned merits, their exploitation as machine tools is still timid and limited, in which they most often do not exceed the research and prototyping stages at university laboratories and machine tool manufacturers. The main drawbacks that hinder the widespread of parallel kinematic machines (PKMs) are the following: limited operational workspace and tilting capacity, presence of singular configurations, design complexities, calibration difficulties, collision-related problems, sophistication of control (especially in the case of actuation redundancy), etc. Besides, though PMs have met a great success in pick-and-place applications, thanks to their rapidity (acceleration capacity), still their precision is less than what has been initially anticipated. On the other hand, extremely precise PMs exist, but unfortunately with poor dynamic performance. Starting from the aforementioned problematics, the current thesis focuses on obtaining PKMs with a good compromise between rapidity and precision. We begin by providing a survey of the available literature regarding PKMs and the major advancements in this field, while emphasizing the shortcomings on the level of design as well as performance. Moreover, an overview on the state of the art regarding performance evaluation is presented, and the inadequacies of classical measures, when dealing with redundancy and heterogeneity predicaments, are highlighted. In fact, if finding the proper architectures is one of the prominent issues hindering PKMs’ widespread, the performance evaluation and the criteria upon which these PKMs are dimensionally synthesized are of an equal importance. Therefore, novel performance indices are proposed to assess precision, kinetostatic, and dynamic capabilities of general manipulators, while overcoming the aforementioned dilemmas. Subsequently, several novel architectures with 3T-2R and 3T-1R degrees of freedom (T and R signify translational and rotational degrees of freedom), namely MachLin5, ARROW V1, and ARROW V2 with its mutated versions ARROW V2 M1/M2, are presented. Furthermore, the dimensional synthesis of the executed PKM, namely ARROW V2 M2, is discussed with its preliminary performances and possible future enhancements, particularly regarding precision amelioration.


Titre de la présentation: Développent d’un système robotique pour la radiologie interventionnelle sous IRM

Orateur: Salih ABDELAZIZ

Date du séminaire: 17 décembre 2014

Résumé: La réalisation de gestes percutanés dans l’IRM ouvre la voie à des pratiques médicales prometteuses. En revanche, l’utilisation de l’IRM reste à ce jour limitée, et ce malgré l’intérêt en terme de qualité d’image. Cela est dû principalement à l’étroitesse du tunnel et à la complexité des gestes réalisés. Pour rendre accessibles de telles pratiques, une assistance robotique semble très pertinente. Pour le concepteur, la réalisation d’un système robotisé compatible IRM n’est pas une tâche facile, étant donné l’espace disponible et la présence d’un champ magnétique intense. C'est dans ce contexte que nous avons développé un assistant robotique, MRGuide, dédié aux traitements du cancer de la prostate dans l’IRM. Il s'agit d'un manipulateur à câbles avec un actionnement déporté.

Dans ce travail, de nombreuses contributions menant à la réalisation de ce prototype sont présentées. Parmi celles-ci, une instrumentation originale pour estimer la tension des câbles est proposée. Cette instrumentation est basée sur l’utilisation d’une structure en treillis, de mécanismes compliants et de capteurs de déplacement à technologie optique pour assurer la compatibilité avec le scanner. Pour optimiser la géométrie du robot et faciliter son intégration dans l'IRM, une démarche de conception des robots à câbles instrumentés est développée. Cette démarche est basée sur une approche par intervalles. D'autres contributions relatives à la caractérisation de l'espace de travail des robots à câbles instrumentés, à l'étalonnage des capteurs de tension et au développement d'une stratégie de commande adaptée au dispositif sont décrites.


Titre de la présentation: Modélisation et Identification de Robots d’Usinage de Pièces Composites de Grandes Dimensions et de Soudage FSW

Orateur: Stéphane CARO (CR-CNRS à l’IRCCYN)

Date du séminaire: 30 mai 2013

Résumé: Le séminaire traitera d’une partie des travaux réalisés dans le cadre du projet ANR COROUSSO.

Le projet COROUSSO intitulé « Modélisation et COmmande de RObots d'USinage de pièces composites de grandes dimensions et de SOudage FSW » se propose de développer et de valider par des essais des études afin de lever les verrous technologiques qui empêchent actuellement la réalisation de certaines opérations par un robot. Les applications choisies ont toutes un fort potentiel de développement, qui s’explique notamment par les enjeux économiques qu’elles représentent. Il s’agit de l’usinage de pièces de grandes dimensions en matériaux composites et de la réalisation des soudures de pièces métalliques par le procédé de frottement-malaxage (appelé souvent FSW pour Friction Stir Welding).

Ces procédés sont pour le moment réalisés sur des machines spéciales développées sur mesure. Les investissements lourds, parfois difficiles à amortir, incitent au changement. La concurrence internationale joue aussi son rôle de « catalyseur » et pousse donc les industriels, en particulier ceux du secteur aéronautique qui utilisent fortement ces deux procédés, à chercher de nouveaux moyens techniques pour réduire les investissements tout en garantissant, voire en améliorant, la qualité de la production. Dans ce cadre la robotisation paraît être le meilleur axe de développement pour ce secteur majeur de la production industrielle française. Cette robotisation s’inscrit aussi dans le cadre plus large de valoriser la robotisation comme une alternative à la délocalisation de certaines productions.

La robotisation de ces deux procédés se heurte cependant à une difficulté commune, à savoir que la raideur naturelle des robots polyarticulés industriels n’est pas suffisante pour réaliser les tâches dans les conditions minimales requises par les procédés. Il en résulte, aussi bien pour les opérations d’usinage que de soudage FSW, de mauvaises qualités de production. De plus ces deux applications ont un caractère innovant, la première du fait de son application aux matériaux composites, et la seconde du fait de son développement récent. Il est donc nécessaire de travailler à la modélisation de ces nouveaux procédés.

Le projet vise à combler ces lacunes en proposant des stratégies complémentaires d’amélioration. Premièrement, en tenant compte des flexibilités des robots directement dans le pilotage de l’ensemble robot-procédé, deuxièmement en intégrant dans la commande des lois qui tiennent compte des dispersions des caractéristiques et finalement en utilisant le robot dans une zone de son espace de travail qui est le mieux adaptée aux contraintes imposées par le procédé de production.

Les compétences complémentaires nécessaires à ce projet ont été réunies par quatre partenaires. L'IRCCyN de Nantes est reconnu tant pour ses travaux en robotique, dans la modélisation des robots et l’étude de nouvelles structures adaptées à une tâche spécifique, que pour ses travaux concernant la modélisation et l’optimisation de procédés de production, et de l’usinage plus particulièrement. Le LCFC de Metz effectue depuis plusieurs années des travaux sur la modélisation et l’optimisation des procédés de production mécanique et en particulier la soudure FSW. Enfin les partenaires industriels Institut de Soudure et Europe Technologies sont reconnus pour leur travaux de recherche sur les procédés de production et la mise au point de nouveaux procédés innovants.

Les verrous scientifiques suivants seront abordés lors de la présentation de Dr. Stéphane CARO dans le cadre du séminaire de l’équipe DEXTER du LIRMM.

  1. Identification des paramètres géométriques et élastiques des robots porteurs.
  2. Modélisation de l’interaction dynamique entre le robot porteur et le processus d’usinage
  3. Placement optimal dans l’espace de travail et gestion de la redondance cinématique.


Titre de la présentation: Conception mécanique d’un exosquelette de jambe ergonomique quasi-passif

Orateur: Aude TRICOT-CENSIER

Date du séminaire: 24 janvier 2013

Résumé: Depuis quelques années déjà les exosquelettes militaires servant à décupler les du fantassin pour porter de lourdes charges se développent. Ces exosquelettes reposent sur l’utilisation de moteurs puissants au niveau des articulations. Cet agencement des moteurs présente l’inconvénient de consommer beaucoup d’énergie même à l’arrêt. Partant de ce constat, le LIRMM a développé un système  plus efficace ne consommant qu’une très petite quantité d’énergie. Cette solution  quasi-passive  présentait quelques défauts malgré tout. Bien que l’objectif de faible consommation d’énergie ait été atteint, le moyen de relayer le poids compensé au sol par l’exosquelette  n’était pas optimal. En effet, de grandes cannes se situant  à l’arrière des jambes de l’utilisateur  empêchent certains mouvements, comme le fait de s’asseoir avec l’exosquelette. C’est ainsi que la re-conception du système de jambe articulée pour permettre d’obtenir un exosquelette plus ergonomique fût avancée. Etudiante en 5ème année d’école d’ingénieur (Polytech’ Montpellier), spécialité mécanique et interactions, mon projet a concerné  cette re-conception. Ma première recherche a concerné  l’analyse du mouvement de la marche. Elle a permis de déterminer une cinématique optimale pour l’exosquelette de jambe. Cette cinématique ne pouvant être implémentée de manière réaliste, nous avons déterminé une cinématique réaliste plus adaptée s’approchant de la cinématique optimale.  J’ai formulé un problème d’optimisation visant à faire correspondre au mieux la cinématique réaliste à la cinématique optimale en ajustant son rapport de transmission. Pour obtenir la transmission de la marche adéquate, nous avons donc décidé d’utiliser deux mécanismes élémentaires assemblés en série. Nous avons  étudié les mécanismes séparément puis étudié l’ensemble pour permettre l’optimisation finale. Une fois ce processus d’optimisation achevé, nous avons conçu dans le détail l’ensemble des pièces de cet exosquelette de jambe à l’aide d’un logiciel de CAO.


Titre de la présentation: Développement d’un Dispositif Implantable pour la Correction du Déséquilibre Ligamentaire en Postopératoire

Orateur: Andrea COLLO

Date du séminaire: 29 novembre 2012

Résumé: Pendant la pose d'une prothèse totale du genou, l’alignement correct de la prothèse par rapport à l’axe mécanique du membre inférieur peut être efficacement réalisé au moyen de techniques assistées par ordinateur. Malheureusement, la mise en place de parfaites conditions d'équilibre ligamentaire reste encore un problème à résoudre. Toute imprécision pendant l'acte chirurgical peut réduire la durée de vie de la prothèse. De plus en plus souvent, cela conduit à une deuxième opération, la Chirurgie de Révision. Dans le cadre de mon projet de thèse on est intéressé à développer une prothèse adaptative du genou, capable de compenser le déséquilibre ligamentaire immédiatement après la première chirurgie. L’objectif final est donc d’avoir une prothèse qui puisse s’adapter aux changements morphologiques du patient, pour éviter la Chirurgie de Révision. On se concentre sur l'actionnement du composant tibial afin de compenser le déséquilibre des deux ligaments collatéraux du genou. On analysera les contraintes du projet, voir le volume à disposition, le haut niveau de précision requis, la solidité du système et sa biocompatibilité. On discutera un modèle déjà proposé par notre équipe de recherche et on en mettra en évidence les inconvénients. Nous considérerons alors trois approches d’actionnement possibles: l'utilisation d'un micro-moteur, l'action d'un champ magnétique et l'utilisation d'un outil externe. Après avoir évalué les avantages et les inconvénients de chaque cas, on motivera le choix de l’approche sur laquelle on a décidé de s’orienter. Pour conclure, on présentera le modèle de prothèse qu’on est actuellement en train de développer.


Title of the presentation: Soft Tissue Force Control Using Viscoelastic Interaction Model for Physiological Motion Compensation

Speaker: Pedro Moreira

Date of the seminar: 04 October 2012

Abstract: Understanding the interaction between medical tools and living tissues has become a very important aspect as the use of robot in medical application increases. In all procedures, the robot, or the medical tool guided by the robot, needs to get in contact with several types of soft tissues. In order to avoid tissue damage, the contact force and the tissue deformation should be precisely controlled. In addition, physiological motions are a major concern for physicians in performing surgical procedures. Some robotic systems have been designed to help surgeons to cope with these motions, either using external disturbance estimation or using force control. To improve the force control, we identify a more realistic soft tissue model than the commonly used elastic model. The model is identified through experimental evaluations and should be both accurate enough to achieve the force control task and computationally efficient for real-time implementations. The force control scheme developed is a space state feedback using AOB. This control scheme possesses flexibility and has a good robustness under parameters mismatches. The use of a more realistic tissue model can lead us to improve the force control bandwidth and robustness. To improve the disturbance rejection, the disturbance estimation is done using the Kelvin-Boltzmann model and exploiting the quasi-periodic characteristic of the beating heart motion so as the breathing motion. This disturbance estimation is included in a feed-forward term to try to cancel the disturbances. The force control scheme and the disturbance estimation are theoretically and experimentally evaluated.


Title of the presentation: Control of parallel manipulators: Towards very high accelerations

Speaker: Guilherme Sartori Natal

Date of the seminar: 12 April 2012

Abstract: Parallel robots are known for their high precision and high dynamical capacity, having several applications. Hexapods, for example, are used for tire testing, machining-tool, flight simulator and even swell simulator, while Delta-like parallel robots are employed in medical robotics, laser cutting, but they are particularly adapted to applications of very fast manipulations, such as industrial packaging. For the latter, the main objective is to perform the biggest number of pick-and-place cycles per minute (thus reaching the highest possible accelerations/velocities) while maintaining the highest possible precision. The most important difficulties to guarantee the good tracking performance of parallel manipulators independently of the operational case are their coupled actuation, the increase of their nonlinear dynamics and mechanical vibrations with the increase of the involved accelerations, the presence of uncertainties in the model/environment, the existence of singularities and the redundant actuation when applicable. To deal with these difficulties, the proposed control schemes must be performant and robust towards operational changes, such as different load conditions, different trajectories, etc.  The goal of this seminar is to present some proposed control strategies for parallel robots, which are designed to perform important and demanding industrial tasks.  In this thesis, several different control schemes/state observers were designed and experimentally implemented on two parallel robots, namely the Par2 (non-redundant) and the R4 (redundantly actuated) parallel manipulators. For the former, a nonlinear/adaptive Dual Mode controller was proposed in the joint space, complied with three different state observers for the estimation of the joint velocities: a Lead-lag based observer, an Alpha-beta-gamma observer and a High-gain observer. For the latter, firstly a dual-space feedforward controller was proposed for the compensation of its dynamics (which allowed for the acceleration of 100G to be reached for a simple vertical trajectory), then a dual-space adaptive controller was proposed in order to automatically estimate the parameters of the system in real-time, thus guaranteeing its good performance independently of the experimental scenario. Simulation, as well as real-time experimental results are provided to show the effectiveness and confirm the good performance of the proposed control schemes.


Title of the presentation: Development of Bilateral Control for Pneumatic actuated Teleoperation System

Speaker: Minh-Quyen LE

Date of the seminar: 08 February 2012

Abstract: The aim of this work is to investigate the development and control of electro-pneumatic actuators in a haptic teleoperation system. For controlling the mass flow rate of such actuators, two types of valve technology are studied, i.e. solenoid (on/off) valve and proportional servovalve. The servovalves have found widespread applications in which high accuracy of force/position control are needed. They are however typically expensive due to the requirements of high-precision manufacturing. Therefore, the low-cost solenoid valves can be an alternative to the servovalves for achieving acceptable-performance pneumatic control. Generally, the highly nonlinear of the pneumatic actuator is heightened when it uses on/off solenoid valves instead of servovalves. In this case, precise control is challenging due to the discrete-input nature of the system. Our first objective is to demonstrate that it is possible to design an acceptable performance teleoperation system using masterslave robots that have pneumatic actuators equipped with only inexpensive on/off solenoid valves. To control efficiently the switching on/off valves, several control approaches have been proposed, namely pulse width modulation (PWM), hybrid algorithm, and sliding mode control. PWM is the most popular method utilized for controlling the discrete on/off valves due to its simplicity of implementation and design. A main problem with this method is chattering phenomenon that is caused by the high frequency switching of the valves. A hybrid control theory, which includes more switching control modes, allows to reduce the chattering problem and improve the energy consumption of the valves. Experimental results show that the teleoperation transparency in terms of force and position but also the dynamic behavior of the pressures are better in the case of the hybrid control than the PWM control. It is noteworthy that neither robustness nor stability analysis of overall hybrid system has been investigated in our study due to the complexity of the control approach which is based on the nonlinear model of the pressures and the discrete model of the mass flow rates. Consequently, another strategy (i.e. a sliding mode control), which does not depend on the pneumatic model, is proposed. This control strategy allows to perform not only the transparent analysis but also the stability analysis. To evaluate the efficiency of the proposed approach, a comparison of transparency has been investigated between three control architectures (position-error-based, force-error-based and directforce-reflection controls) in a two-channel bilateral teleoperation framework. In order to improve the dynamic performance and reduce the chattering problem in solenoid valve actuated pneumatic teleoperation systems, a five-mode sliding control scheme (consisting of five switching levels) has been used, which can be considered as an extension of the three-mode sliding controller. Our study demonstrates that by increasing the number of possible control actions for the valves, we can reduce the valves’ switching activities, hence improving the valve’s life times at no cost to teleoperation transparency. The second objective of this work involves in implementing the proportional servovalves on the pneumatic teleoperation system. A comparison related to the teleoperation performance between an on/off valve and a servovalve is carried out. In experiments, it is observed that with the four-channel bilateral teleoperation architecture employing either solenoid valves or servovalves, satisfactory force and position tracking between the master and the slave is obtained under both free-motion and contactmotion conditions. Nonetheless, compared to the on/off valve, the servovalve technology displays less audible noise and smothers signals in terms of force and pressure, which allows to improve the haptic teleoperation performance as well as the human’s perception. In bilateral teleoperation control, force sensors are often omitted to save cost and to lessen weight and volume. Therefore, another aspect of our work consists in using observers for an estimation of operator and environment forces. Experimental results show that acceptable teleoperation transparency based on a simple Nicosia observer and a tangent linear control approach can be achieved. Furthermore, good agreement between force observation and force measurements of the operator and environment at steady state were obtained.


Title of the presentation: Assembly of 3D reconfigurable Microsystems based on force control: Application to Hybrid MOEMS

Speaker: Kanty Rabenorosoa

Date of the seminar: 09 November 2011

Abstract: The talk proposes a concept of Reconfigurable Free Space Micro-Optical Bench  (RFS-MOB) based on micro-assembly of microparts (holders and substrate) using a robotic station: these new optical benches combine the advantages of microrobotic assembly and silicon microfabrication. The fine positioning of holder on a substrate is performed by a constrained motion named guiding task. Achieving this task at the microscale is a major contribution. It required several steps. First, the lack of reliable models and available measures of pull-off force for planar contact which is a very common type of contact in micro-assembly, lead us to develop a robotic test bench to evaluate the pull-off force. Next, a two-sensing-finger microgripper has been used to simultaneously measure the gripping force and the lateral contact force acting on the grasped micropart during the guiding task. A model of the gripping force evolution according to the lateral contact force is presented and validated with a finite element modeling and experimental results. Finally, a guiding strategy is established by taking into account the stability of the grasped micropart and the specifities of the microworld. A hybrid force/position control is chosen to achieve automated guiding task. It has been performed successfully on a microrobotic system. Two applications of Free Space Micro-Optical Bench in medical application are presented; the main challenges for microrobotic point of view are highlighted.


Title of the presentation: Geometrical and Kinematic Optimization of Closed-Loop Multibody Systems

Speaker: Jean-François Collard

Date of the seminar: 24 February 2011

Abstract: In order to improve the design of mechanical or mechatronic systems, mathematical optimization techniques have become an efficient and attractive tool with the increasing development of computer resources. Among mechanical systems, various kinds of multibody systems (MBS) have been optimized for various objectives. For instance, parallel manipulators have been optimally designed to increase their global isotropy in a given workspace volume. The dynamical behavior of railway or road vehicles has also been optimized to improve the comfort of passengers. In the field of mechanism synthesis, optimization methods have also been widely used for path-following or function-generation problems. However, the application of such optimization methods to MBS remains a challenge when the MBS analysis requires the solving of assembly constraints. Indeed, these constraint equations are highly non-linear and may have several solutions. Moreover, during an optimization process, they may become unsolvable when a singular configuration is reached or if the MBS dimensions are incompatible. Therefore, this PhD research focuses on the optimization of such closed-loop MBS, particularly when the objective function has a geometrical or kinematic nature. For kinematic optimization of MBS, we propose two penalty strategies to deal with assembly constraints during optimization. Both strategies are compared and illustrated via applications such as the isotropy maximization of parallel manipulators. Following the same strategies, geometrical optimization of MBS is then investigated. However, these problems are considered more complex because the geometrical objective function is more closely related to the design parameters. Hence, to relax the problem, we propose to combine two modeling approaches: rigid-body and extensible-link formulations. This two-step strategy is then successfully applied to mechanism synthesis. Through these applications, the existence of multiple local optima is highlighted. Therefore, instead of focusing on the unique global optimum solution, we have developed methods to search and propose several local solutions for the design problem. This approach is called morphological optimization. This enables the designer to choose finally the best solution among several local optima using additional design criteria. Such morphological optimization techniques open the doors for the topology optimization of MBS which remains a challenging problem for future research.

 


Title of the presentation: On the Design of a Mobile Machining Center

Speaker: Hai Yang

Date of the seminar: 13 October 2010

Abstract: Owing to good flexibility, efficiency and reliability, automated robotic systems have been widely integrated in many industries. However, when high accuracy and stiffness are required for an application where a large workspace is involved, it becomes difficult to use conventional robotic systems to automate tasks. The objective of this study is to design a mobile robot which can achieve machining task in a large working space without major infrastructure adjustment of the workshop. Firstly, I present several considerations for designing industry oriented robots which combine the mobility of legged robots and advantages of parallel mechanisms. In order to design such optimized robots in terms of simplicity and performance, a topology study is done based on the mobility analysis. Applying some design constraints, several potential topologies of such robots are identified. One architecture is selected. It consists in a tripod robot that can "walk" on surfaces with moderate curvature and perform as a 6-axis parallel manipulator once it is deployed on the working location. Secondly, both inverse and forward kinematic models of this robot are built for achieving the position control during the walking phase and the machining phase. At last, we present kinematic models which are established by using screws theory. The workspace and wrench performance of two mechanisms are analyzed based on the “modified condition number” index.


Titre de la présentation: Contribution à la conception optimale des PKMs

Orateur: Ridha Kelaiaia

Date du séminaire: 20 mai 2010

Résumé: Les machines-outils à cinématique parallèle (PKM : Parallel Kinematic Machine) ont un fort potentiel dynamique intrinsèque ainsi qu'une grande précision et une rigidité très élevée. La conception optimale de ces machines passe par deux étapes fondamentales. La première phase concerne la synthèse structurelle et permet la détermination du choix des familles des architectures les plus adaptées aux opérations d'usinage (3 axes ou 5 axes), en faisant appel à plusieurs techniques tel que : théorie des visseurs, les groupes de lie, la théorie de graphes, la méthode des éléments finis, etc. La deuxième phase concerne la  synthèse dimensionnelle et vise à déterminer les dimensions de l’architecture retenue lors de la synthèse structurelle. Néanmoins, le choix des dimensions optimales (synthèse dimensionnelle) pour obtenir  les meilleures performances demeure une tâche difficile, car ces performances sont fortement dépendantes des dimensions sélectionnées. Ainsi il y a beaucoup de critères de performances qui doivent être pris en considération et qui sont pour certains antagonistes. Dans ce travail, on présente une méthodologie de conception dimensionnelle des PKMs (qui respecte un cahier des charges donné) basée sur une approche d’optimisation multiobjectif. On présentera en premier lieu les critères de performances tels que l’espace de travail, la dextérité, la transmission des vitesses et des efforts, la rigidité, la précision ainsi que la dextérité dynamique. En second lieu, on présentera le problème d'optimisation qui sera défini en tant que problème d’optimisation multiobjectif. La méthode des algorithmes génétiques est utilisée pour résoudre ce type de problème d’optimisation multiobjectif à l’aide des algorithmes NSGA-II et SPEA-II. Enfin, on présentera une application de la méthodologie adoptée au cas d’une  PKM à trois degrés de liberté.

 


Titre de la présentation: Machine parallèles à 5 axes pour l'usinage aéronautique des pièces minces

Orateur: Andreea Ancuta

Date du séminaire: 18 mars 2010

Résumé: Dans l'aéronautique, les constructions de caissons d'ailes d'avions consistent en bords d'attaque et de bords de fuites pré-assemblés (faits par des "spars" composites, des "ribs" (nervures) métalliques) et de 20m de fuselage d'aile. Actuellement, ces composants de l'aile d'avion, sont usinés par des procédés chimiques rapides et précis mais mettant en jeu des produits polluants et dangereux pour les ouvriers qui travaillent à leur contact. Par conséquent, il est impératif de trouver une solution qui serait au minimum
aussi compétitive que l’usinage chimique et beaucoup moins risquée pour l’homme. Dans cette optique, l’usinage à grande vitesse (UGV) constitue une alternative sérieuse et efficace. Depuis des années, les machines-outils à structure parallèle ont fait leur preuve dans l’UGV. C’est donc dans ce contexte d’usinage des pièces aéronautiques de grandes
longueurs et de formes compliquées que de nouvelles architectures parallèles à (4+1) degrés de liberté (ddl) seront proposées. En plus de leur modélisation géométrique et cinématique, l’optimisation de leurs paramètres géométriques est effectuée suivie de l’analyse des volumes de travail des machines optimisées. La validation expérimentale sur le prototype réalisée au LIRMM est accomplie. Finalement, l’étude de l’apport de la redondance est abordée par la proposition d’une machine d’UGV à 5 ddl. Les modèles ont été développés et une analyse des espaces de travail comparable à la précédente est ainsi effectuée.


Titre de la présentation: Etude, modélisation et conception de robots parallèles à câbles

Orateur: Nicolas Riehl

Date du séminaire: 14 janvier 2010

Résumé: Dans la plupart des études réalisées sur les robots parallèles à câbles, ces derniers sont assimilés à des corps rectilignes indéformables et sans masse. Toutefois, dans certaines applications, souvent de grandes dimensions, la masse des câbles peut entraîner de grands changements dans le comportement du robot, et ne peut ainsi pas être négligée.

Dans un premier temps nous verrons une description des différents modèles permettant de décrire le comportement des câbles. Nous étudierons ensuite les effets que peut avoir la prise en compte de la masse des câbles ainsi que de leur élasticité. A partir d’un modèle de déflection des câbles sous l’action de leur poids propre, nous avons pu calculer numériquement les modèles géométriques direct et inverse. Ceci nous a permis d’étudier, les erreurs qui peuvent apparaître sur le positionnement de l’organe terminal, ainsi que l’influence sur les longueurs de câble nécessaires pour atteindre une pose donnée. Les effets sur les tensions des câbles ont également été étudiés.

Deux méthodes permettant de déterminer le câble adéquat pour une application donnée seront ensuite présentées. Ces méthodes, également basées sur le modèle de déflection des câbles sous l’effet de leur masse, permettent de déterminer la section du câble capable de résister aux efforts dus à la masse de la charge transportée ainsi qu’à la masse de câble déroulée. Une dernière partie présentera rapidement le prototype de robot à câble qui a été conçu dans le cadre de ce projet.



 

Titre de la présentation: Pathological Tremor Active Compensation via Functional Electrical Stimulation

Orateur: Antonio Bo

Date du séminaire: 12 novembre 2009

Résumé: Tremor is the most common movement disorder found in human pathology. It is not a life-threatening pathology, but it often decreases considerably the person’s quality of life. An absolutely effective treatment for pathological tremor is not yet available, since current pharmacological and surgical alternatives still present limitations with respect to cost, risks, and effectiveness. A different approach is the use of assistive technologies, such as upper limb robotic exoskeletons and the use of Functional Electrical Stimulation (FES).
A robotic system built to attenuate the effects of tremor must present several features. It must be able to distinguish between voluntary and pathological motion and to react to changes in the trembling motion, since tremor often presents highly time-varying dynamics. Also, the system must attenuate the effects of tremor minimizing fatigue, pain, and discomfort, while maximizing the functional benefit of its use. Hence, in this presentation, I will present our current effort in this direction, including the evaluation of tremor characterization techniques with data from patients and the discussion of
different tremor compensation strategies.

 


Titre de la présentation: Une commande originale pour la marche du robot bipède SHERPA

Orateur: Marc Bachelier

Date du séminaire: 17 septembre 2009

Résumé: Ce séminaire DEXTER porte sur la conception d'un commande pour le nouveau robot humanoïde du LIRMM propose :

  • Un cycle de marche original (g 1) adapté aux spécicités du robot SHERPA proposant un pas constitué de deux phases. La première phase, dite phase de contrôle, permet d'amener le pied en vol au point et à la vitesse d'impact au sol désiré. La seconde phase, dite phase de dynamique libre, laisse le robot évoluer librement grâce à son inertie et à l'énergie restituée post-impact.
  • Une démarche de calcul de loi de commande basée sur l'estimation d'un modèle du robot SHERPA. Cette loi de commande est élaborée à partir de la situation souhaitée à la n de la phase de dynamique libre via l'utilisation de la rétrodynamique et d'un modèle d'impact inverse.
  • Une génération de trajectoires non temporelles référencées sur l'avancée du centre de masse du robot permettant ainsi leur adaptation aux éventuelles perturbations.


Titre de la présentation: Modeling and robust control of electropneumatic actuators for parallel robotic applications

Orateur: Lotfi Chick

Date du séminaire: 09 juin 2009

Résumé: Parallel robots are widely used in industry because they combine fastness and high precision performances. However, one of their major drawbacks which limits their use is their high cost because of the price of the electrical actuators which are very expensive. This explains the necessity of the use of some alternative actuators, that is, pneumatic actuators. In addition to their low cost, pneumatic actuators have a larger power to weight ratio comparing to electrical motors. However, and because of their high nonlinear behavior due to air compressibility, robust and precise control is still the major obstacle for their future use on parallel robots. This presentation deals with the challenging problem of modeling and control of electropneumatic actuators. Different control strategies based on a feedback linearization inner loop and a robust controller in the outer loop will be presented in detail. Two advanced controllers have been implemented experimentally for pressure, force, and position control: a Generalized Predictive Controller (GPC) and an LMI based H infinity controller. A cascaded pressure/position control strategy which combines the two former control techniques will be presented. And in order to test this different control schemes, a versatile test bed of electropneumatic actuators has been designed and realized at Lirmm. A demonstration at “Halle Robotique” of Lirmm will eventually follow this presentation.


 



Titre de la présentation: Compensation active du mouvement du coeur pour la chirurgie cardiaque robotisée

Orateur: Rogerio Richa

Date du séminaire: 08 avril 2009

Résumé: La chirurgie cardiaque mini-invasive offre de nombreux bénéfices aux patients mais elle impose aussi des défis au chirurgien. L’assistance robotique vise à surmonter certaines de ces difficultés cependant, jusqu’à présent, aucune solution pour la compensation active des mouvements physiologiques n’existe. Dans le contexte de la chirurgie cardiaque à coeur battant, les mouvements cardiaques et respiratoires représentent d’importantes sources de perturbation qui empêchent la réalisation précise du geste chirurgical. Dans cet exposé, les défis les plus importants pour la conception d’un système de compensation active du mouvement du coeur seront présentés et discutés.
La présentation inclut un état de l’art sur la problématique en question, ainsi que les derniers résultats obtenus au sein du LIRMM. Les méthodes proposées seront illustrées à travers des expérimentations in-vivo.