Modelling and control of a 2-DOF planar parallel manipulator for semiconductor packaging systems

A novel direct-drive planar parallel manipulator for high-speed and high-precision semiconductor packaging systems is presented. High precision kinematics design, significant redaction on moving mass and driving power of the actuators over traditional XY motion stages are the benefits of the proposed manipulator. The mathematical model of the manipulator is obtained using the Newton-Enter method and a practical model-based control design approach is employed to design the PID computed-torque controller. Experimental results demonstrate that the proposed planar parallel manipulator has significant improvements on motion performance in terms of positioning accuracy, settling time and stability when compared with traditional XY stages. This shows that the proposed planar parallel manipulator can provide a superior alternative for replacing traditional XY motion stages in high precision low-payload applications. © 2005 IEEE.published_or_final_versio

Robust design of independent joint controllers with experimentation on a high-speed parallel robot

The dynamic model of a robot manipulator is described by a set of nonlinear, highly coupled differential equations. Model-based control schemes were proposed to enhance tracking capabilities with respect to simple linear control schemes. Independent joint controllers (of PD or PID type) are usually employed in industrial robot manipulators but cannot achieve satisfactory performance due to their inherent low rejection to disturbances and parameter variations. In this paper, a new linear independent joint control scheme is proposed; the design is made robust by closing another feedback loop that uses acceleration information besides the typical position and velocity loops. Reconstruction of acceleration measurements is performed via a suitable state-variable filter. Linear feedforward compensation is used to improve tracking performance of the closed-loop scheme. The control algorithm is tested first in a discrete-time simulation on a single-joint drive system with imposed disturbance torques. Then real-time implementation on a high-speed parallel robot is presented; the experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed technique

Asservissement en position d'un manipulateur robotique pour l'échographie 3D des artères des membres inférieurs

La maladie occlusive artérielle périphérique requiert une imagerie en trois dimensions des vaisseaux sanguins pour le diagnostic, la localisation et le traitement des sténoses. Le système d’imagerie échographique 3D est une alternative non invasive et non dispendieuse comparativement aux systèmes conventionnels. Cette reconstruction en trois dimensions peut être obtenue via la combinaison d’images échographiques planaires dont la position de chaque capture est connue. Le robot échographique ETS 3D-US de l’École de technologie supérieure est conçu pour accomplir cette imagerie. Il effectue les déplacements de la sonde en contact avec le patient pour la capture des images tout en mesurant la position de ces dernières. Ce mémoire expose la conception et la mise en oeuvre d’un système de commande de position de premier niveau pour ce robot. Grâce à la modélisation du robot, aux faibles vitesses d’opération et à des réducteurs de vitesse à ratio élevé, la loi de commande par couple pré-calculé est linéaire et décentralisée. Cette dernière est couplé de manière sérielle avec une loi de commande de type proportionnel-intégral-dérivée (PID). Lorsqu’estimée à partir des erreurs d’asservissement des moteurs, les résultats expérimentaux montrent une précision en position de 0.5 mm et en orientation de 0.3°, ce qui satisfait les exigences du cahier de charge. Par conséquent, nous concluons que cette approche constitue un système de commande de premier niveau valable si la structure mécanique du robot présente de faibles erreurs géométriques. Donc, un étalonnage géométrique sera nécessaire pour assurer une précision adéquate

Development of Two Cooperative Stewart Platforms for Machining

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH