Fast pick-and-place robots are widely used in industry, e.g., in food-packaging and microelectronics. A parallel architecture, composed of one moving platform and one base platform, connected by two serial limbs, was designed and prototyped at McGill University’s Centre for Intelligent Machines. The prototype is dubbed the Peppermill Carrier (PMC). The objective of the work reported in this thesis is to improve the speed of this parallel-kinematics machine (PKM), intended for high-speed operations, while considering its elastodynamics, via modelling, and control. The generalized spring, supported with the finite element method, are used to obtain the elastodynamics model of the robot. The natural frequencies of the robot are obtained along a test trajectory, the Adept test cycle, which serves to identify the poor-stiffness postures;​ the natural frequencies are further applied to build an enhanced mathematical model of the robot. Along the way, stiffness indices are defined, to help both the designer and the control engineer meet performance requirements. The mathematical model of the robot, which takes into account the flexible nature of the limbs, is formulated. Moreover, a gain-scheduling linear quadratic regulator combined with an extended Kalman filter is designed and applied to control fast pick-andplace operations. Based on the gain-scheduling controller, a constant-gain linear quadratic regulator, combined with a constant-gain extended Kalman filter, is found to be effective at controlling the robot during fast operations, while tracking a prescribed, representative trajectory. Inspired by the simulation results obtained by this regulator, a feed-forward proportional-derivative (PD) controller based on the sliding-mode scheme is also proposed. The use of these linear controllers helps decrease the computational complexity. The feasibility of a linear controller for a nonlinear system such as the PMC is also discussed. Finally, a comparison between four control schemes is conducted to analyze their pros and cons.

Les robots manipulateurs rapides sont largement utilisés dans l’industrie, par exemple dans l’emballage alimentaire et la microélectronique. Une architecture parallèle composée d’une plate-forme mobile et d’une plate-forme de base, reliées par deux membres en série, a été conçue et prototypée au Centre for Intelligent Machines de l’Université McGill. Le prototype est surnommé le Peppermill Carrier (PMC). L’objectif du travail présenté dans cette thèse est d’améliorer la vitesse de ce robot, destinée aux opérations à grande vitesse, tout en tenant compte de son élastodynamique, via la modélisation et la commande. Le concept de ressort généralisé, renforcé par la méthode des éléments finis, est utilisé pour obtenir le modèle élastodynamique du robot. Les fréquences propres du robot sont obtenues le long du cycle Adept de test, qui sert à identifier les postures de faible rigidité ;​ les fréquences naturelles sont ensuite appliquées pour construire un modèle mathématique amélioré du robot. En cours de route, des indices de rigidité sont définis afin d’aider le concepteur et l’ingénieur automaticien à répondre aux exigences de performance. Le modèle mathématique du robot, qui tient compte de la nature flexible des membrures, est formulé. De plus, un régulateur quadratique linéaire à programmation du gain, associé à un filtre de Kalman étendu, est conçu et appliqué pour commander les opérations rapides. Sur la base du contrˆoleur d’ordonnancement du gain, un régulateur quadratique linéaire à gain constant, associé à un filtre de Kalman étendu à gain constant, s’avère efficace pour commander le robot lors d’opérations rapides, tout en suivant une trajectoire représentative prescrite. Inspiré des résultats de simulation obtenus par ce régulateur, un asservissement odométrique-tachymétrique à propagation avant, basé sur le schéma en mode glissant est également proposé. L’utilisation de ces asservissements linéaires permet de réduire la complexité des calculs. La faisabilité d’un asservissement linéaire pour un système non linéaire tel que le PMC est également discutée. Enfin, une comparaison entre quatre systèmes de commande est effectuée pour analyser leurs avantages et leurs inconvénients.