conception optimale d'un robot parall le industriel pour
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Conception optimale d’un robot parallèle industrielpour une tâche de pick-and-place donnée
Coralie Germain
ENS Rennes, Mini Séminaire Mécatronique
23 Mars 2015
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Projet ANR ARROW
Conception de robots rapides et précis (Accurate and Rapid Robotswith a large Operational Workspace)
Accurate and Rapid Robots with A Large Operational Workspace
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 2 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Projet ANR ARROW
Conception de robots rapides et précis (Accurate and Rapid Robotswith a large Operational Workspace)
Accurate and Rapid Robots with A Large Operational Workspace
Accurate and Rapid Robots with A Large Operational Workspace
20 g20 µm1 m
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 2 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Prototype IRSbot-2
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 3 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Prototype IRSbot-2
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 3 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Architecture du manipulateur
Plate-forme
Parallélogramme
Coude
Boucle proximale
Boucle distale
Jambe I
Jambe II
x0
y0
z0
Base
Moteur
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 4 / 21
[Briot, Caro et Germain, Robot à Deux Degrés de Liberté Présentant Deux Chaînes
Cinématiques dont la Raideur en Flexion est Maximisée, Brevet no. FR 2967603, 2012]
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Architecture du manipulateur
Plate-forme
Parallélogramme
Coude
Boucle proximale
Boucle distale
Jambe I
Jambe II
x0
y0
z0
Base
Moteur
x0
x0
x0
x0
x0
y0
y0
y0
y0
z0
y11k
y11k
y12k
y12k
z21k
z21k
z22k
z22k
O
P
Base
Plate-forme
P0
P1
P2
αiproximal
distalModule
Module
Moteur
F2k
E1k
E2k
F1k
xpyp
zp
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 4 / 21
[Briot, Caro et Germain, Robot à Deux Degrés de Liberté Présentant Deux Chaînes
Cinématiques dont la Raideur en Flexion est Maximisée, Brevet no. FR 2967603, 2012]
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Mobilité de l’IRSBot-2
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IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Mobilité de l’IRSBot-2
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 5 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Modélisation cinématique
x0
z0
O
P
AI DI
CIBI
qI
ψI
HI
GI
AIIDII
CIIBII
HII
GII
qII
ψII
bl1l1
a′1
p
e
l2eql2eq
Singularités de jambe :qk = ±ψk
Singularités d’actionnement :ψI = ψII + pπ
Singularités de contrainte :
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 6 / 21
[Germain, Briot, Caro and Wenger, IRSBOT-2: A Novel Two-Dof Parallel Robot for
High-Speed Operations, In Proceedings of the ASME 2011]
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Modélisation cinématique
x0
z0
O
P
AI DI
CI
BI
qI
ψI
HI
GI
AIIDII
CIIBII HII
GII
qII
ψII
bl1
l1
a′1
p
e
l2eq
l2eq
Singularités de jambe :qk = ±ψk
Singularités d’actionnement :ψI = ψII + pπ
Singularités de contrainte :
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 6 / 21
[Germain, Briot, Caro and Wenger, IRSBOT-2: A Novel Two-Dof Parallel Robot for
High-Speed Operations, In Proceedings of the ASME 2011]
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Modélisation cinématique
x0
z0
O
P
AI DI
CIBI
qI
ψI
HIGI
AIIDII
CII BIIHII GII
qII
ψII
b l1l1
a′1
p
el2eql2eq
Mouvement non contrôlé
Singularités de jambe :qk = ±ψk
Singularités d’actionnement :ψI = ψII + pπ
Singularités de contrainte :
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[Germain, Briot, Caro and Wenger, IRSBOT-2: A Novel Two-Dof Parallel Robot for
High-Speed Operations, In Proceedings of the ASME 2011]
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Modélisation cinématique
x0
z0
O
P
AI DI
CIBI
qI
ψI
HI
GI
AIIDII
CIIBII
HII
GII
qII
ψII
bl1l1
a′1
p
e
l2eql2eq
Singularités de jambe :qk = ±ψk
Singularités d’actionnement :ψI = ψII + pπ
Singularités de contrainte :
DéfinitionLieu où l’ensemble des efforts de contrainte appliqués sur la plate-formedégénère.
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[Germain, Briot, Caro and Wenger, IRSBOT-2: A Novel Two-Dof Parallel Robot for
High-Speed Operations, In Proceedings of the ASME 2011]
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plo
Singularités de contrainte
DéfinitionLieu où l’ensemble des efforts de contrainte appliqués sur la plate-formedégénère.
⇔
x
y
z
P
{Tefforts->pla
}=
Tx Mx
Ty My
Tz Mz
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 7 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Singularités de contrainte
DéfinitionLieu où l’ensemble des efforts de contrainte appliqués sur la plate-formedégénère.
⇔
x
y
z
P
{Tefforts->pla
}=
Tx 0Ty My
Tz Mz
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 7 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Singularités de contrainte
DéfinitionLieu où l’ensemble des efforts de contrainte appliqués sur la plate-formedégénère.
⇔
x
y
z
P
{Tefforts->pla
}=
Tx Mx
Ty αMx
Tz Mz
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 7 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Description de la méthode
F1I
M2I
E011I
E041I
E031I
E021I E012I
E042I
E032I
E022I
E2I
F2I
E1I
F1I
EI
FI
F2I
M1I
x0 x0
x0
x0
x0
x0
y0
y0
y0
y0
y0 y0
y0
y0
z0
z0
y11i
y11i
y12i
y12i
z21i
z21i
z22i
z22i
O
P
7i
Base
Plate-forme
P0
P1
P2
αi
αi
2 efforts transmis parchaque sous-chaîne surla plate-forme
4 efforts transmis par lemodule distal sur laplate-forme
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IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Description de la méthode
F1I
M2I
E011I
E041I
E031I
E021I E012I
E042I
E032I
E022I
E2I
F2I
E1I
F1I
EI
FI
F2I
M1I
E∞I
E0I
PI
x0 x0
x0
x0
x0
x0
y0
y0
y0
y0
y0 y0
y0
y0
z0
z0
y11i
y11i
y12i
y12i
z21i
z21i
z22i
z22i
O
P
7i
Base
Plate-forme
P0
P1
P2
αi
αi
2 torseurs cinématiqueséquivalents au moduledistal
2 mouvements passifs
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IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Modélisation équivalente instantanée
x0
x0
x0
x0
y0
y0
y0
y0
z0
z0
y11i
y11i
y12i
y12i
z21i
z21i
z22i
z22i
O
P
7i
Base
Plate-forme
P0
P1
P2
αi
αi
⇔
E∞pk : translation
E∞k : translation
E0k : rotationP1
B1
-
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 9 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Modélisation équivalente instantanée
⇔
E∞pIE∞pII
E∞I
E0I
E∞II
E0II P1P2
B1B2
A1 A2
x0 y0
z0
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 9 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Modélisation équivalente instantanée
⇔
E∞pIE∞pII
E∞I
E0I
E∞II
E0II
P1
P2
B1B2
A1 A2
x0 y0
z0
Singularités de contrainte uniquement : Torseurs E0I et E0II sont linéairementdépendants
Torseurs cinématiques au point P1 :
(
E0I
E0II
)
=
(
sin θ1 0 cos2 β cos θ1 0 0 0sin θ2 0 cos2 β cos θ2 0 (zP2
− zP1) sin θ2 − (xP2
− xP1) cos2 β cos θ2 0
)
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plo
Analyse algébrique
Cas ψI = ψII + π :
QI : [−1, 1] → R
X 7→ QI (X) = A1X 2 + B1X + C1 (X ≡ cosψII )avec [a1, a2, β, p] ∈ D, l2eq ∈ ]0, +∞[
Cas θI = θII + π :
QII : [−1, 0[ → R
X 7→ QII (X) = A2X 2 + C2 (X ≡ cos θII )avec [a1, a2, β, p] ∈ D, l2eq ∈ ](a1 − a2)Sβ|Sθ|, (a1 − a2)Sβ[
Cas θI = θII :
QIII : [−1, 1] → R
X 7→ QIII (X) = A3X 2 + C3 (X ≡ cos θII)avec [a1, a2, β, p] ∈ D, l2eq ∈ ](a1 − a2)Sβ, +∞[
D =]0, +∞[ ×]0, a1[×]0, π/2[×]0, +∞[
y0
z0
x0
y0
E1k
E2k
F1k
F2k
Fk
Pk
P
Ek
O
a1
a2
l2
λk
θk
ψk
p
β
l2eq
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[Germain, Caro, Briot, et Wenger, 2013, Singularity-free Design of the Translational
Parallel Manipulator IRSBot-2, Mechanism and Machine Theory, 64:262-285]
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plo
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plo
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Cas I, ψI = ψII + π
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Cas II, θ1 = θ2 + π et λ1 6= λ2
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plo
Cas III, θ1 = θ2
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plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
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Décomposition cylindrique algébrique
Table: Formules décrivant les frontières des cellules
a11 = 0 p1 = 0
a12 = +∞ p2(a2, Sβ) = 1−Sβ
1+Sβa2Sβ
a21 = 0 p3(a2, Sβ) = 1−S2β
1+S2βa2Sβ
a22(a1) = a1 p4(a2, Sβ) = a2Sβ
β1 = 0 p5(a2, Sβ) = 1+S2β
1−S2βa2Sβ
β2 = arcsin(1/√
3) p6(a2, Sβ) = 1+Sβ
1−Sβa2Sβ
β3 = π/4 p7 = +∞β4 = π/2 p8(a2, Sβ) = a2Sβ tan2 β
l2eq1(a1, a2, Sβ, p) = a1−a2a2
p
l2eq2(a1, a2, Sβ, p) = (a1 − a2) Sβ
l2eq3(a1, a2, Sβ, p) = a1−a22a2Sβ
√(S2β − 1) [(S2β − 1)(p − a2Sβ)2 + 4 p a2S3β]
l2eq4(a1, a2, Sβ, p, Sθ) = (a1 − a2) Sβ|Sθ|l2eq5(a1, a2, Sβ, p) = +∞
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IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Décomposition cylindrique algébrique
Table: Formules décrivant les frontières des cellules
a11 = 0 p1 = 0
a12 = +∞ p2(a2, Sβ) = 1−Sβ
1+Sβa2Sβ
a21 = 0 p3(a2, Sβ) = 1−S2β
1+S2βa2Sβ
a22(a1) = a1 p4(a2, Sβ) = a2Sβ
β1 = 0 p5(a2, Sβ) = 1+S2β
1−S2βa2Sβ
β2 = arcsin(1/√
3) p6(a2, Sβ) = 1+Sβ
1−Sβa2Sβ
β3 = π/4 p7 = +∞β4 = π/2 p8(a2, Sβ) = a2Sβ tan2 β
l2eq1(a1, a2, Sβ, p) = a1−a2a2
p
l2eq2(a1, a2, Sβ, p) = (a1 − a2) Sβ
l2eq3(a1, a2, Sβ, p) = a1−a22a2Sβ
√(S2β − 1) [(S2β − 1)(p − a2Sβ)2 + 4 p a2S3β]
l2eq4(a1, a2, Sβ, p, Sθ) = (a1 − a2) Sβ|Sθ|l2eq5(a1, a2, Sβ, p) = +∞
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plo
Décomposition cylindrique algébrique
Table: Formules décrivant les frontières des cellules
a11 = 0 p1 = 0
a12 = +∞ p2(a2, Sβ) = 1−Sβ
1+Sβa2Sβ
a21 = 0 p3(a2, Sβ) = 1−S2β
1+S2βa2Sβ
a22(a1) = a1 p4(a2, Sβ) = a2Sβ
β1 = 0 p5(a2, Sβ) = 1+S2β
1−S2βa2Sβ
β2 = arcsin(1/√
3) p6(a2, Sβ) = 1+Sβ
1−Sβa2Sβ
β3 = π/4 p7 = +∞β4 = π/2 p8(a2, Sβ) = a2Sβ tan2 β
l2eq1(a1, a2, Sβ, p) = a1−a2a2
p
l2eq2(a1, a2, Sβ, p) = (a1 − a2) Sβ
l2eq3(a1, a2, Sβ, p) = a1−a22a2Sβ
√(S2β − 1) [(S2β − 1)(p − a2Sβ)2 + 4 p a2S3β]
l2eq4(a1, a2, Sβ, p, Sθ) = (a1 − a2) Sβ|Sθ|l2eq5(a1, a2, Sβ, p) = +∞
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plo
Décomposition cylindrique algébrique
Table: Formules décrivant les frontières des cellules
a11 = 0 p1 = 0
a12 = +∞ p2(a2, Sβ) = 1−Sβ
1+Sβa2Sβ
a21 = 0 p3(a2, Sβ) = 1−S2β
1+S2βa2Sβ
a22(a1) = a1 p4(a2, Sβ) = a2Sβ
β1 = 0 p5(a2, Sβ) = 1+S2β
1−S2βa2Sβ
β2 = arcsin(1/√
3) p6(a2, Sβ) = 1+Sβ
1−Sβa2Sβ
β3 = π/4 p7 = +∞β4 = π/2 p8(a2, Sβ) = a2Sβ tan2 β
l2eq1(a1, a2, Sβ, p) = a1−a2a2
p
l2eq2(a1, a2, Sβ, p) = (a1 − a2) Sβ
l2eq3(a1, a2, Sβ, p) = a1−a22a2Sβ
√(S2β − 1) [(S2β − 1)(p − a2Sβ)2 + 4 p a2S3β]
l2eq4(a1, a2, Sβ, p, Sθ) = (a1 − a2) Sβ|Sθ|l2eq5(a1, a2, Sβ, p) = +∞
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IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Décomposition cylindrique algébrique
Table: Formules décrivant les frontières des cellules
a11 = 0 p1 = 0
a12 = +∞ p2(a2, Sβ) = 1−Sβ
1+Sβa2Sβ
a21 = 0 p3(a2, Sβ) = 1−S2β
1+S2βa2Sβ
a22(a1) = a1 p4(a2, Sβ) = a2Sβ
β1 = 0 p5(a2, Sβ) = 1+S2β
1−S2βa2Sβ
β2 = arcsin(1/√
3) p6(a2, Sβ) = 1+Sβ
1−Sβa2Sβ
β3 = π/4 p7 = +∞β4 = π/2 p8(a2, Sβ) = a2Sβ tan2 β
l2eq1(a1, a2, Sβ, p) = a1−a2a2
p
l2eq2(a1, a2, Sβ, p) = (a1 − a2) Sβ
l2eq3(a1, a2, Sβ, p) = a1−a22a2Sβ
√(S2β − 1) [(S2β − 1)(p − a2Sβ)2 + 4 p a2S3β]
l2eq4(a1, a2, Sβ, p, Sθ) = (a1 − a2) Sβ|Sθ|l2eq5(a1, a2, Sβ, p) = +∞
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Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
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Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈]a11, a12[ et a2 ∈]a21, a22[
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[β3, β4] (]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]a11, a12[ et a2 ∈]a21, a22[
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[β3, β4] (]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, +∞[
︸ ︷︷ ︸et a2 ∈]a21, a22[
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[β3, β4] (]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, +∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈]a21, a22[
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[β3, β4] (]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]a21, a22[
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[β3, β4] (]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[β3, β4] (]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, a1[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[β3, β4] (]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[β3, β4] (]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[β3, β4] (]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq 2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[π/4, π/2]︸ ︷︷ ︸
(]p8, p5[, ]l2eq 1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
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Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq 2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[π/4, π/2]︸ ︷︷ ︸
β=π/3
(]p8, p5[, ]l2eq 1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[π/4, π/2]︸ ︷︷ ︸
β=π/3
(]p8, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[) , (]p5, p7[, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[π/4, π/2]︸ ︷︷ ︸
β=π/3
(]0.078, 0.182[, ]l2eq1, l2eq5
[) , (]0.182,+∞[, ]l2eq1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[π/4, π/2]︸ ︷︷ ︸
β=π/3
( ]0.078, 0.182[︸ ︷︷ ︸
p=0.08
, ]l2eq1, l2eq5
[) , (]0.182,+∞[︸ ︷︷ ︸
, ]l2eq1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[π/4, π/2]︸ ︷︷ ︸
β=π/3
( ]0.078, 0.182[︸ ︷︷ ︸
p=0.08
, ]0.453,+∞[) , (]0.182,+∞[︸ ︷︷ ︸
, ]l2eq 1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[π/4, π/2]︸ ︷︷ ︸
β=π/3
(]0.078, 0.182[, ]l2eq1, l2eq5
[) , (]0.182,+∞[︸ ︷︷ ︸
p=0.2
, ]l2eq1, l2eq5
[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Synthèse dimensionnelle
Existe-t-il un ensemble Pdist où la boucle distale ne peut atteindre aucunesingularité de contrainte?
Reformulation du problèmeRecherche de cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 15 / 21
Table: Cellules où QIQIIQIII n’a aucune racine réelle aveca1 ∈ ]0, ∞[
︸ ︷︷ ︸
a1=0.2
et a2 ∈ ]0, 0.2[︸ ︷︷ ︸
a2=0.03
[β1, β2[ (]p8, p3[, ]l2eq2, l2eq5
[), (]p3, p4[, ]l2eq 2, l2eq5
[), (]p4, p5[, ]l2eq1, l2eq5
[), (]p5, p7[, ]l2eq1, l2eq5
[)[β2, β3[ (]p8, p4[, ]l2eq2
, l2eq5[), (]p4, p5[, ]l2eq 1
, l2eq5[), (]p5, p7[, ]l2eq1
, l2eq5[)
[π/4, π/2]︸ ︷︷ ︸
β=π/3
(]0.078, 0.182[, ]l2eq1, l2eq5
[) , (]0.182,+∞[︸ ︷︷ ︸
p=0.2
, ]1.13,+∞[)
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Espace de conception sans SC pour la boucle distale
Normalisation et réductiondu problème
a1 = 1 ;
sinβ =√
3/3.
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 16 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Espace de conception sans singularités de contraintes
Aucune singularité decontrainte sur la boucle distale
Base
Plate-forme
Parallélogramme
Coude
Boucle proximale
Boucle distale
Jambe I
Jambe II
Moteurs
x0
y0
z0
Aucune singularité decontrainte assemblable avec laboucle proximale
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 17 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Espace de conception sans singularités de contraintes
Aucune singularité decontrainte sur la boucle distale
Base
Plate-forme
Parallélogramme
Coude
Boucle proximale
Boucle distale
Jambe I
Jambe II
Moteurs
x0
y0
z0
Aucune singularité decontrainte assemblable avec laboucle proximale
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 17 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Espace de conception sans singularités de contraintes
Aucune singularité decontrainte sur la boucle distale
Base
Plate-forme
Parallélogramme
Coude
Boucle proximale
Boucle distale
Jambe I
Jambe II
Moteurs
x0
y0
z0
Aucune singularité decontrainte assemblable avec laboucle proximale
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 17 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Espace de conception sans singularités de contraintes
Aucune singularité decontrainte sur la boucle distale
Base
Plate-forme
Parallélogramme
Coude
Boucle proximale
Boucle distale
Jambe I
Jambe II
Moteurs
x0
y0
z0
Aucune singularité decontrainte assemblable avec laboucle proximale
BaseParallélogramme
Boucle proximale
Boucle distaleen configuration singulière
Moteurs
x0
y0
z0
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 17 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Éviter les configurations singulières distales
f1(pdist, qp) −√
l21 − f2(pdist , qp)2
︸ ︷︷ ︸
Min(bmin)
< b < f1(pdist , qp) +√
l21 − f2(pdist , qp)2
︸ ︷︷ ︸
Max(bmax )
l1 [m]
b [m]
0
M(f1, f2)
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 18 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Éviter les configurations singulières distales
f1(pdist , qp) −√
l21 − f2(pdist , qp)2 < b
b < f1(pdist , qp) +√
l21 − f2(pdist , qp)2
l1 [m]
b [m]
0
MI(f1, f2)
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 19 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Éviter les configurations singulières distales
f1(pdist , qpI) −√
l21 − f2(pdist , qpI)2 > b
b > f1(pdist, qpI) +√
l21 − f2(pdist , qpI)2
l1 [m]
b [m]
0
MI(f1, f2)
ZI1
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 19 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Éviter les configurations singulières distales
f1(pdist , qpII) −√
l21 − f2(pdist , qpII)2 > b
b > f1(pdist , qpII) +√
l21 − f2(pdist , qpII)2
l1 [m]
b [m]
0
MII(f1, f2)
ZI2
l1 [m]
b [m]
0
M1
ZI1
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 19 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Éviter les configurations singulières distales
f1(pdist , qpII) −√
l21 − f2(pdist , qpII)2 > b
b > f1(pdist , qpII) +√
l21 − f2(pdist , qpII)2
l1 [m]
b [m]
0
MI(f1, f2)
MII(f1, f2)
ZI = ZI1 ∩ ZI1
l1 [m]
b [m]
0
M1
ZI1
M2
l1 [m]
b [m]
0
ZI2
C. Germain Conception d’un robot parallèle à 2 ddl pour des opérations de prise et de dépose 23 Mars 2015 19 / 21
IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Éviter les configurations singulières distales
Condition principale d’assemblage
b < l1 + l2eq + a1 sinβ + p
l1 [m]
b [m]
0
M Za
l1 [m]
b [m]
0
M1
ZI1
M2
l1 [m]
b [m]
0
ZI2
M2
l1 [m]
b [m]
0
M1
ZI = ZI1 ∩ ZI1
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IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Éviter les configurations singulières distales
Condition principale d’assemblage
b < l1 + l2eq + a1 sinβ + p
l1 [m]
b [m]
0
MI(f1, f2)
MMII(f1, f2)
Z = ZI1 ∩ ZI1 ∩ Za
l1 [m]
b [m]
0
M1
ZI1
M2
l1 [m]
b [m]
0
ZI2
M2
l1 [m]
b [m]
0
M1
ZI = ZI1 ∩ ZI1
M
l1 [m]
b [m]
0
Za
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plo
Éviter les configurations singulières distales
Condition d’assemblage sans singularitéd’actionnement
b < −l1 + l2eq + a1 sinβ + p
l1 [m]
b [m]
0
MI(f1, f2)
M MII(f1, f2)
Zwps
l1 [m]
b [m]
0
M1
ZI1
M2
l1 [m]
b [m]
0
ZI2
M2
l1 [m]
b [m]
0
M1
ZI = ZI1 ∩ ZI1
M
l1 [m]
b [m]
0
Za
M
M2
l1 [m]
b [m]
0
M1
Z = ZI1 ∩ ZI1 ∩ Za
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IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Conclusion
Singularités de contrainte -> mécanisme spatial générant moins de 6ddl
Analyse algébrique de ce type de singularité -> domaine deconception facilement décrit par des bornes analytiques
Catalogue de robots sans singularités dans son espace de travail ->le dimensionnement peut-être réalisé en utilisant d’autres critères (ex: plus rapide, plus raide, plus léger...)
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IRSBot-2 Singularités de contraintes Étude de la boucle distale Mécanisme complet Conclusion
plo
Merci de votre attention
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