Recursive and Symbolic Calculation of the Elastodynamic Model of Flexible Parallel Robots

International audienceThis paper presents a symbolic and recursive calculation of the elastodynamic model of flexible parallel robots. In order to reduce the computational time required for simulating the elastodynamic behavior of robots, it is necessary to minimize the number of operators in the symbolic expression of the model. Some algorithms have been proposed for the rigid case, for parallel robots with lumped springs or for serial robots with distributed flexibilities. In this paper, we extend the previous works to parallel robots with distributed flexibilities. The generalized Newton-Euler model is used and combined with the principle of virtual powers to minimize the number of operators and intermediate variables. Recursive calculations are proposed for the computation of the Jacobian matrices defining the kinematic constraints in order to decrease the number of operators. The proposed algorithm is used to compute the elastodynamic model of a prototype of a planar parallel robot developed at IRCCyN: the DualEMPS. The computed model is compared both with simulations done on Adams and with experiments. The validity of the approach in terms of result accuracy and computational time is demonstrated

Recursive Symbolic Calculation of the Dynamic Model of Flexible Parallel Robots

International audienceThis paper presents a symbolic and recursive calculation of the dynamic model of flexible parallel robots. In order to reduce the computational time, it is necessary to minimize the number of operators in the symbolic expression of the model. Some algorithms have been proposed for the rigid case, for parallel robots with lumped springs or for serial robots with distributed flexibilities, but to the best of our knowledge, nothing has been developed for parallel robots with distributed flexibilities. This paper aims at filling this gap. In order to minimize the number of operations, the Newton-Euler principle is used and combined with the principle of virtual powers. The Jacobian matrices defining the kinematic constraints are computed using recursive calculations that decrease the number of operators. The proposed algorithm is used to compute the elastodynamic model of a planar parallel robot. The obtained results, compared with those obtained with commercial softwares, show the validity of the proposed algorithm

An efficient finite element formulation of dynamics for a flexible robot with different type of joints

If two adjacent links of a flexible robot are connected via a revolute joint or a fixed prismatic joint, the relative motion of the next link will depend on both the joint motion and the elastic displacement of the distal end of the previous link. However, if the two adjacent links are connected via a sliding prismatic joint, the relative motion of the next link will depend additionally on the elastic deformation distributed along the previous link. Therefore, formulation of the motion equations for a multi-link flexible robot consisting of the revolute joints, the fixed prismatic joints and the sliding prismatic joints is challenging. In this study, the finite element kinematic and dynamic formulation was successfully developed and validated for the flexible robot, in which a transformation matrix is proposed to describe the kinematics of both the joint motion and the link deformation. Additionally, a new recursive formulation of the dynamic equations is introduced. As compared with the previous methods, the time complexity of the formulation is reduced by O(2η), where η is the number of finite elements on all links. The numerical examples and experiments were implemented to validate the proposed kinematic and dynamic modelling method

Virtual Sensor for Kinematic Estimation of Flexible Links in Parallel Robots

The control of flexible link parallel manipulators is still an open area of research, endpoint trajectory tracking being one of the main challenges in this type of robot. The flexibility and deformations of the limbs make the estimation of the Tool Centre Point (TCP) position a challenging one. Authors have proposed different approaches to estimate this deformation and deduce the location of the TCP. However, most of these approaches require expensive measurement systems or the use of high computational cost integration methods. This work presents a novel approach based on a virtual sensor which can not only precisely estimate the deformation of the flexible links in control applications (less than 2% error), but also its derivatives (less than 6% error in velocity and 13% error in acceleration) according to simulation results. The validity of the proposed Virtual Sensor is tested in a Delta Robot, where the position of the TCP is estimated based on the Virtual Sensor measurements with less than a 0.03% of error in comparison with the flexible approach developed in ADAMS Multibody Software.This work was supported in part by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness under grant BES-2013-066142, UPV/EHU's PPG17/56 projects, Spanish Ministry of Economy and Competitiveness' MINECO & FEDER inside DPI-2012-32882 project and the Basque Country Government's (GV/EJ) under PRE-2014-1-152 and BFI-2012-223 grants and under recognized research group IT914-16

Contributions à la maîtrise de la dynamique des robots parallèles

Ce mémoire traite de mes contributions à la maîtrise de la dynamique des robots parallèles. Le premier chapitre présente une introduction générale de mes travaux de recherche. Le deuxième chapitre présente mon curriculum vitae. Mes activités d'encadrement, les projets de recherche que j'ai montés ainsi que ceux auxquels j'ai participé et une synthèse de mes collaborations nationales et internationales sont mentionnés dans le troisième chapitre. Mon rayonnement au sein de la communauté scientifique, qui se traduit par des activités d'intérêt général, la participation à des comités d'expertise, des activités éditoriales, la participation à l'organisation de colloques et quelques distinctions scientifiques, ainsi que la liste de mes publications ont été décrits dans le quatrième chapitre. Le cinquième chapitre synthétise mes activités d'enseignement. Le sixième chapitre présente plus en détail mes activités de recherche principales qui sont organisées autour des deux thèmes suivants : (i) Maîtrise de la dynamique des robots parallèles ; (ii) Conception et commande de nouveaux robots parallèles aux performances dynamiques améliorées. Enfin, le septième chapitre présente mes conclusions sur les travaux que j’ai pu mener ainsi que mes perspectives de recherche.Les activités de recherche que j'ai menées portent principalement sur la maîtrise de la dynamique des robots parallèles qui sont des architectures mécaniques complexes dont les performances dynamiques sont encore mal maîtrisées. J'ai cherché à mieux maîtriser la dynamique de ces machines à deux niveaux :1.un premier niveau intitulé « maîtrise de la dynamique des robots parallèles » qui se situe en aval de la phase de réalisation du robot : pour une machine donnée, comment mieux maîtriser ses performances dynamiques (par une modélisation plus fine, par la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu et leur gestion par planification de trajectoire ou mise en place de contrôleurs avancés, etc.) ?2.un second niveau intitulé « conception et commande de nouveaux robots parallèles aux performances statiques et dynamiques améliorées» qui se situe en amont de la phase de réalisation du robot : pour des performances statiques et/ou dynamiques à atteindre, comment concevoir l'architecture de robot, voire la bonne adéquation {architecture de robot – contrôleur} qui permet de répondre au cahier des charges désiré ?Ces deux approches ne sont pas antagonistes, mais au contraire, elles sont complémentaires.Mes contributions principales autour de la maîtrise de la dynamique des robots parallèles se sont concentrées sur quatre points majeurs :1.L'étude des conditions de dégénérescence du modèle dynamique des robots parallèles 2.L'identification des paramètres du modèle dynamique rigide 3.La modélisation élastodynamique4.La proposition de techniques d'équilibrage permettant de diminuer la complexité de mise en oeuvreMes contributions principales autour de la conception et commande de nouveaux robots parallèles aux performances statiques et dynamiques améliorées se sont concentrées sur deux travaux majeurs :1.La conception de robots pour le déplacement de lourdes charges2.La conception et la commande de robots rapides et précisTous les résultats présentés, exception faite de ceux sur l'équilibrage dynamique, ont été validés expérimentalement.Les travaux présentés en perspectives se concentrent autour de deux grands axes thématiques:1.Maîtrise de la dynamique des systèmes,2.Conception de robots orientée environnements.Les activités que je souhaite mener sur la maîtrise de la dynamique des systèmes ciblent :a)La reconfiguration dynamique des robots,b)La modélisation et l'identification basées perception.Ces activités, qui s'inscrivent dans la continuité de mes travaux de recherche actuels.L'objectif du thème « Conception de robots orientée environnements », qui est un thème en rupture, est de proposer des méthodes génériques pour l'analyse, l'évaluation et la conception de nouvelles architectures de robots et de mécanismes,•en fonction d'un environnement donné (environnement en termes de milieu dans lequel le robot évolue, interagit, etc.) : le robot doit être doté d'un système de perception efficace associé à un contrôleur performant et il faut penser la conception du robot de manière intégrée afin que l'ensemble {architecture mécanique – contrôleur – capteurs –moteurs} soit le plus performant possible.•à faible impact pour l'environnement dans lequel ils évoluent (moins de pollution, moins de consommation énergétique, etc.)Les activités que je souhaite mener en conception orientée environnements ciblent :a)La proposition de méthodologies de conception orientée commande qui vont permettre de faire en sorte que l'ensemble {architecture mécanique – contrôleur – capteurs – moteurs} soit le plus performant possible pour une tâche, un ensemble de tâches, ou un environnement donnés,b)La conception de robots à faibles impacts environnementaux

Proceedings of the 3rd Annual Conference on Aerospace Computational Control, volume 1

Conference topics included definition of tool requirements, advanced multibody component representation descriptions, model reduction, parallel computation, real time simulation, control design and analysis software, user interface issues, testing and verification, and applications to spacecraft, robotics, and aircraft

Technology for large space systems: A bibliography with indexes (supplement 20)

This bibliography lists 694 reports, articles, and other documents introduced into the NASA Scientific and Technical Information System between July, 1988 and December, 1988. Its purpose is to provide helpful information to the researcher or manager engaged in the development of technologies related to large space systems. Subject areas include mission and program definition, design techniques, structural and thermal analysis, structural dynamics and control systems, electronics, advanced materials, assembly concepts, and propulsion