Ce mémoire présente la conception d’un mini robot d’interaction rétroentraînable translationnel à trois degrés de liberté pour des tâches de finition de pièces métalliques, telles que le polissage et l’ébavurage. Le mini robot sert de tête de compliance, permettant l’adaptation d’un robot industriel à une pièce. Les propriétés physiques du mini robot permettent l’implantation d’un algorithme de commande en impédance lors de l’utilisation du système. La faible masse du mécanisme permet de l’installer à l’effecteur d’un robot industriel, formant ainsi un système de type macro-mini. Malgré la faible taille du mini robot, il peut exercer les forces de contact nécessaires pour effectuer des tâches de finition.

Premièrement, un prototype d’un robot translationnel plan à deux degrés de liberté est préalablement conçu. Un algorithme de commande en impédance est développé et est ensuite testé conjointement avec le prototype afin de vérifier ses performances pour une tâche prédéfinie.

Ensuite, un prototype du mini robot à trois degrés de liberté est conçu. Différentes architectures de robots translationnels à trois degrés de liberté sont comparées ;​ l’architecture la plus appropriée pour le projet est sélectionnée. Des paramètres géométriques sont sélectionnés pour le robot. Les capacités physiques de l’architecture sont prédites afin de s’assurer de respecter tous les critères de conception.

Par après, l’algorithme de commande en impédance est adapté au mini robot. Celui-ci est installé sur un robot portique afin de former le système macro-mini. Des tests de sablage sont effectués afin de valider le fonctionnement du système et permettent d’identifier différentes problématiques du système.

L’architecture du mini robot est modifiée afin de diminuer l’effet de ces problématiques. De nouveaux tests sont effectués afin de valider l’amélioration des performances du système avec cette nouvelle version du mini robot. Des recommandations sont formulées quant au concept de la tête de compliance et les limites d’utilisation de celle-ci sont établies. Le mini robot est comparé aux têtes de compliance actuellement sur le marché.

Finalement, une méthode permettant d’évaluer l’amplitude des forces de friction du mécanisme est présentée. Une première ébauche d’un algorithme de compensation de la friction est aussi développée.

This Master’s thesis presents the design process of a backdrivable three-degree-of-freedom translational mini robot used to control the interaction with a metallic part during finishing tasks, such as polishing and deburring. The mini robot acts as an active contact flange, allowing an industrial robot to adapt to a part. The physical properties of the mini robot make it possible to implement an impedance control algorithm when using the system. The low mass of the mechanism allows it to be installed at the end-effector of an industrial robot, forming a macro-mini system. Despite the small size of the mini robot, it can apply the necessary contact forces to accomplish the finishing tasks.

Firstly, a prototype of a two-degree-of-freedom planar translational robot is first conceived. An impedance control algorithm is developed and is then tested using the planar robot to evaluate its performance when accomplishing a predefined task.

Then, a prototype of the mini robot is designed. Different three-degree-of-freedom robot architectures are compared;​ the most suitable architecture for the project is selected. Geometrical properties are initially chosen for the robot. The physical capabilities of the architecture are predicted to ensure that the design criteria are satisfied.

The impedance control algorithm is then adapted to the mini robot. The macro-mini system is formed by installing the mini robot on a gantry robot. Sanding tests are carried out in order to validate the performance of the system. The results of the tests reveal a few issues with the robotic system.

The architecture of the mini robot is therefore modified in order to mitigate the impact of the issues previously identified. New tests are carried out with the intention of validating the improvement of this new version of the mini robot’s performance. The results of the second series of tests are used to make recommendations about the contact flange’s design and usage limitations are established. The mini robot is compared to other contact flanges already available on the market.

Finally, a method allowing the determination of the magnitude of the mechanism’s friction forces is presented. A first draft of a friction compensation algorithm is developed.