Modélisation des robots flexibles par les Bond-Graphs : application à l'analyse de leurs performances dynamiques

摘要

Ce memoire constitue une contribution a la modelisation des robots flexibles. Dans le but d'aborder ces systemes pluridisciplinaires avec une perception unitaire, la technique des Bond-Graphs a ete utilisee. Les differents domaines energetiques abordes dans ce travail sont ainsi decrits d'une facon unifiee. Toutefois, pour modeliser le comportement dynamique des segments flexibles, une extension de l'application des Multibond-Graphs a ces systemes a ete developpee en utilisant differentes methodes d'analyse des structures. Apres avoir presente dans le premier chapitre une analyse des travaux les plus pertinents sur la modelisation des robots flexibles, il est propose dans le second chapitre une methode reposant sur la technique des Bond-Graphs et la technique d'analyse modale. Bases sur les deux formes duales des equations de Hamilton d'une poutre de Bernoulli, deux modeles en petits deplacements de segment flexible non contraint sont presentes. L'extension de cette approche a l'analyse des couplages energetiques entre les petits deplacements et les grands deplacements d'une part, et entre les petits deplacements dans les deux plans perpendiculaires de segment flexible d'autre part, est ensuite proposee dans le troisieme chapitre. Dans le cas ou sa rigidite structurale est predominante, les modeles en grands deplacements de segment flexible non contraint sont proposes en utilisant les methodes des modes statiques, d'analyse modale et les elements finis. La methode d'analyse modale etant tres sensible aux contraintes geometriques et dynamiques pouvant etre imposees au systeme, les procedures de deduction des modeles approches de segment flexible contraint a partir du modele generique correspondant a son etat non contraint sont etudiees dans le quatrieme chapitre. En vue d'ameliorer la precision des modeles approches ainsi obtenus, la methode de synthese modale couramment utilisee pour les modeles en elements finis est etendue aux modeles en analyse modale. Le chapitre cinq est consacre a l'analyse comparative des procedures de construction recursive des modeles dynamiques de segment flexible a section variable et correspondant a la methode des elements finis et a la methode d'analyse modale. L'incorporation de ces modeles dans les procedures de modelisation par les Multibond-Graphs des robots rigides est discutee. Les modeles developpes ont ete utilises dans le sixieme chapitre en vue d'analyser les performances dynamiques d'un robot hydraulique en phase de conception. L'extension de la methode de double decomposition modale aux modeles en Bond-Graph comportant des non linearites, dues exclusivement au repere tournant est proposee en vue de reduire la complexite du modele global. En annexe de robot incluant de ce chapitre un exemple d'une procedure de conception a la fois l'architecture mecanique et la structure de commande est presente.