Modelling of the hardwood harvesting process: feeding model

L'objectif des travaux présentés concerne la modélisation des procédés de bûcheronnage actuels et en cours de développement dans le cadre du projet ECOMEF (Éco-concevoir un outil de mécanisation pour le bûcheronnage dans les peuplements feuillus), et ce en vue d'évaluer et d'optimiser les performances (gain de productivité, mais également efficacité énergétique) des nouvelles solutions envisagées au regard des systèmes existants. Après une présentation du cadre de travail, cette publication présente, dans une première partie, une démarche de décomposition fonctionnelle basée sur la méthode SADT, en vue de déterminer des « briques élémentaires » de modélisation des systèmes d'abattage existants. Ainsi, l'objectif général « Modéliser le fonctionnement d'une tête d'abattage» (considéré comme la fonction A-0 de notre diagramme SADT) a été décomposé en quatre fonctions, très proches des phases de travail des machines actuelles, à savoir modéliser le serrage, l'entraînement, l'ébranchage, et le billonnage du tronc. Au vu de cette décomposition et des priorités formalisées au sein du projet, trois modèles ont été identifiés comme indispensables à développer : un modèle d'entraînement du tronc, un modèle de coupe adapté à l'ébranchage par choc ainsi qu'un modèle de contact entre le tronc et les différentes parties de la tête d'abattage. Dans une seconde partie, le modèle d'entraînement est détaillé : les études existantes ainsi que les objectifs de ce modèle sont présentés. Afin de développer chaque modèle, deux démarches sont menées simultanément : le développement d'une approche analytique et la mise en place de campagnes d'essais expérimentaux en vue du recalage et/ou de la caractérisation des modèles. L'approche théorique mise en place pour le modèle d'entraînement est détaillée, et enfin le développement d'un banc d'essai et les expérimentations prévues pour le recalage du modèle sont évoqués, avant de conclure sur les résultats attendus

Experimental Determination of Delimbing Forces and Deformations in Hardwood Harvesting

Delimbing is the process used to cut the branches off the trunk during tree processing by forest harvester. This process can be described as chipless cutting of green wood at a feed speed of 3 to 7 ms-1.This work aims to identify the parameters influencing the efficiency of the delimbing process. To this end, the main parameters are defined, and different experimental tests are presented. The first experiment was conducted using a dynamometric pendulum that can reach cutting speeds of 10 ms-1. A Digital Image Correlation method was used in order to compute the deformation field in the branch. The deformation fields observed are consistent with previous studies in the literature. The second experimental device was a slow speed test bench. It uses a hydraulic actuator to translate the knife through the branch while measuring force and displacement. Tests were conducted, varying the diameter of branches, to analyze its effect on the cutting force. Proportionality between branch area and cutting forces were verified, and empirical coefficients were obtained for both speeds

Machine tool architecture selection at the preliminary design stage: application to hard material machining

International audienceThe preliminary design stage ensures to evaluate machine tool performances according to the simulation of reduced models. Performance criteria are defined regarding the attempted machining process requirements. In our case, we study the problem of machine tool design for hard metal cutting, where a high level of stiffness is required. In this context, this paper's aim is to introduce a new methodology of machine tool architectures modeling, optimization, and selection with regards to their stiffness and dynamic performances at the preliminary design stage. However, this type of study requires a quantitative evaluation of performance indicators. Studied machine tool structures are modelled with simplified shape parts. The dimensions of these parts are defined as design variables. Afterward, for each considered architecture, parametric design optimization is performed to minimize its mass under the constraint of a minimal attempted stiffness all over the workspace. This approach allowed restricting the total number of machine tool architectures to be detailed further and analyzed more accurately. In a first time, the paper includes an illustration of the developed methodology through an example of machine tool architecture evaluation and optimization. In a second time, the method is used to compare different kinds of machine tool architectures regarding their ability to be light for an attempted stiffness

Design and implementation of a cable-driven parallel robot for additive manufacturing applications

International audienceThis paper presents a new 6 degree-of-freedom cable-driven parallel robot fully constrained by 8 cables. This robot should perform medium size 3D part printing. Its distinguishing feature is a radial cable winding that is relevant due to the small cable diameter (0.54 mm) and the maximum cable length (1.732 m, 1 m cube diagonal). This winding solution has the advantage of being compact and easy to design. The robot trajectory planning uses a full geometric model of the pulley and winding system which is introduced in this paper. The cable elasticity is taken into account in the geometric model to increase the tool path following accuracy. Robot dynamic performances are analysed for two different mobile platform geometries. From this analysis, we obtained an end-effector trajectory tracking error of less than 0.4 mm for a feedrate speed of 0.1 m/s

Singularity analysis and reconfiguration mode of the 3-CRS parallel manipulator

International audienceThe 3-CRS manipulator is an original parallel mechanism having 6 degrees of freedom (DOFs) with only 3 limbs. This mechanism uses a motorized cylindrical joint per limb. This new paradigm of actuation opens research fields on new families of robots that should particularly interest the parallel robotics community. According to its dimensional synthesis, this mechanism can have remarkable kinematic properties such as a large orientation workspace or reconfiguration capabilities. In this paper, we introduce this mechanism and we study its singularities by using a geometric approach. This approach simplifies considerably singularity analysis problem by considering the relative geometric configurations of three planes defined by the distal links of the limbs. Thanks to that, a reconfiguration mode of the 3-CRS, that doubles its reachable workspace, is highlighted. This property is illustrated on a physical prototype of the robot

Cable behavior influence on Cable-Driven Parallel Robots vibrations: experimental characterization and simulation

International audienceIn this paper, the influence of cable behavior, on Cable Driven Parallel Robots (CDPR) is studied. This study is conducted with the goal of designing a medium size CDPR for additive manufacturing. This robot needs to have a high level of rigidity to guarantee a given tracking tool path error. Firstly, the characterization of different thin cables (steel, Dyneema®, aramid) is presented. The mechanical properties of these cables, in terms of stiffness, damping, hysteresis and creep are compared with regard to additive manufacturing applications. A stiffness model, which takes into account the cable preload, and a dynamic model of CDPR is proposed. The simulations of these two models are compared with experimental results obtained for the range of cables studied using dynamic stiffness analysis on an 8-cable fully constrained CDPR. This paper concludes on the type of cable that should be chosen for our application

Modèle dynamique d'électrobroche en rotation et prédiction de la stabilité de la coupe

La prédiction des conditions de stabilité en usinage est d'une grande importance pour les opérations de fraisage à grande vitesse. Dans cet article un modèle dynamique de broche UGV est élaboré sur la base de la théorie de la dynamique des rotors. Les analyses dynamiques du modèle montrent une dépendance forte du comportement dynamique de la broche par rapport à sa vitesse de rotation. Une prédiction précise des conditions de stabilité en usinage doit nécessairement prendre en compte ces propriétés du comportement. En introduisant la fonction de transfert en bout d'outil de la broche, obtenue par le modèle, dans l'approche analytique d'analyse de la stabilité de la coupe d'Altintas et Budak, un nouveau diagramme de lobes de stabilité est élaboré. Chaque point de ce diagramme de lobe de stabilité est calculé sur la base des propriétés effectives de la broche à la fréquence de rotation considérée. Les limites de stabilité prédites par notre approche indiquent des variations significatives de stabilité, et permettent une prédiction plus précise des conditions d'usinage sans broutement. Des essais de coupe sont réalisés et permettent de valider expérimentalement les résultats en terme de stabilité obtenus par le modèle

Méthodologie de choix d’une architecture de machine-outil 5 axes pour l’usinage du titane

International audienc

Stability optimization in robotic milling through the control of functional redundancies

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Dynamic Modeling of an Asbestos Removal Mobile Manipulator for Stability Evaluation

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