The kinetostatic analysis and optimization of parallel and hybrid architectures for machine tools are conducted in this thesis.

First, a topological representation of all possible architectures which can provide 5 degrees of freedom between the tool and the workpiece is developed. The most promising kinematic structures are automatically generated based on the Chebychev-Grübler-Kutzbach criterion and some other design criteria.

Then, a generic stiffness model for fully-parallel mechanisms with various types of actuator stiffnesses is established and verified by examples of planar parallel mechanisms in a CAD system. In particular, several new types of spatial parallel kinematic mechanisms with prismatic/revolute actuators whose degree of freedom is dependent on a constraining passive leg connecting the base and the platform are introduced. A general kinetostatic model is established with the consideration of the characteristics of joints and links flexibilities. The model is used to demonstrate that flexible links have significant effects on the stiffness and accuracy of parallel kinematic machines. Examples for 3-dof, 4-dof, 5-dof, 6-dof and the Tricept machine tool families are given in detail to illustrate the results. Stiffness mappings are shown and design guidelines for parallel kinematic machines are concluded.

Finally, the optimization of system parameters in achieving a better system stiffness is performed. This includes the development of a more explicit representation of an objective function in the optimization model. The genetic algorithm is employed to solve this optimization problem. As a result, a significant improvement of the system stiffness is achieved

Cette thèse porte sur l’analyse cinéto-statique et l’optimisation d’architectures parallèles et hybrides pouvant être utilisées comme machines-outils.

Premièrement, une représentation topologique de toutes les architectures pouvant produire 5 degrés de liberté entre l’outil et la pièce à usiner est developpée. Les structures cinématiques les plus prometteuses sont automatiquement générées d’après le critère de Tchebychev-Grübler-Kutzbach et d’autres critères de conception.

Ensuite, un modèle général pour la rigidité, pouvant être utilisé pour les mécanismes pleinement parallèles avec des rigidités variables aux actionneurs, est présenté et vérifié dans un logiciel de CAO sur des mécanismes parallèles plans. En particulier, plusieurs nouveaux types de mécanismes parallèles spatiaux avec actionneurs prismatiques et rotoïdes, et pour lesquels les degrés de liberté sont dépendants d’une patte passive contraignante reliant la base et la plate-forme, sont proposés. Un modèle cinéto-statique général est présenté en prenant en considération les caractéristiques des articulations et la flexibilité des membrures. Le modèle est utilisé pour démontrer que la flexibilité des membrures a un effet significatif sur la rigidité et la précision des mécanismes parallèles. Des exemples sur des mécanismes à 3-ddl, 4-ddl, 5-ddl, 6-ddl et sur les machines-outils de type Tricept sont présentés en détails pour illustrer les résultats obtenus. Les courbes de rigidité sont montrées et des lignes directrices sont proposées pour la conception de mécanismes parallèles.

Finalement, une optimisation est effectuée afin d’obtenir une meilleur rigidité du système. Ceci inclut une représentation plus explicite de la fonction objective dans le modèle d’optimisation. Un algorithme génétique est employé pour résoudre le problème d’optimisation. Les résultats démontrent des améliorations significatives de la rigidité du système après l’optimisation.