In robot design, the selection of the best alternative among various candidates, generated at the conceptual stage, is a challenging problem. The information available at the conceptual stage of a robot-design job cannot be used in raw form to rank the concepts for design criteria that are typically used in robotics. Traditionally, these rankings are provided by the design expert, based on her or his judgment.

The objective of this work is to provide a setting, in the realm of robot design, within which the performance measures are computable using the information that is available at the conceptual stage, hence easing the general decision process at hand. In this vein, we have proposed the use of complexity as a measure of the diversity content of a design solution at the conceptual stage.

Lower kinematic pairs (LKP) are essential to define the topology of robotic structures. To rank these pairs, we propose to estimate the complexity of their associated surfaces. In this vein, a novel index, the loss of regularity (LOR), is proposed in this thesis. The LOR, based on the concept of diversity, measures the spectral richness of the curvature, and its rate of change, of the curve or the surface under study. Based on the LOR of the associated surfaces, complexity values are assigned to each of the LKPs, as a means to guide the mechanical designer in the conceptual stage of the design process.

While the performance evaluation of a robot includes many criteria, we focus on:​ the elastostatic and the elastodynamic performances;​ workspace volume;​ actuation complexity and the life-cycle cost. A set of rules that expresses the relation between the above-mentioned criteria and the information available at the conceptual stage is first defined. Based on these rules, six complexity criteria are proposed. Means to evaluate the performance rankings for these criteria using the information at the conceptual stage are established next. Finally, a decision matrix is used to aggregate concepts.

A comparison of three robots, i.e., a hybrid six-dof robot, the PUMA and DIESTRO, is provided, based on the proposed formulation. The hybrid robot, a serialparallel system, was found to be the best alternative.

Finally, we include the embodiment of the hybrid robot, where we have established its major link dimensions based on a kinetostatic performance criterion. 3D renderings of the robot and its key elements are also included.

Dans la conception de robots, choisir la meilleure alternative parmis les candidats proposés à l'étape de la génération de concepts de solutions est un problème défiant. L'information disponible à cette étape ne peut être utilisée tellequelle pour classer les concepts de solutions à partir des critères couramment utilisés en robotique. Tradi- tionnellement, de tels classements sont faits par un expert en conception se basant sur son propre jugement.

Le but de cette thèse est de fournir, dans le domaine de la conception de robots, un cadre dans lequel des indices de performance peuvent être calculés, facilitant ainsi les décisions du concepteur. Suivant cette idée, l'auteur propose l'utilisation de la complexité comme mesure de la diversité contenue dans un concept de solution.

Les couples cinématiques inférieurs (CCI) sont nécessaires à la définition topolo- gique d'une structure robotique. Afin de classer les CCI, l'auteur propose d'estimer les niveaux de complexité associés à leurs surfaces respectives. Dans cette optique, un indice de performance est proposé la perte de régularité (PR). Basée sur le concept de diversité, la PR d'une courbe ou d'une surface mesure la richesse spectrale de sa courbure et du taux de variation de sa courbure. À partir de la PR de sa surface correspondante, une valeur de complexité est attribuée à chacune des CCI, donnant ainsi des guides au concepteur mécanique lors de la génération de concepts de solution.

Tandis que l'évaluation de la performance d'un robot inclut plusieurs critères, cette thèse se concentre sur les performances élastostatique et élastodynamique, le volume de l'espace de travail, la complexité de l'actionnement et le coût du cycle de vie. En premier lieu, un ensemble de règles exprimant les relations entre les critères susmentionnés et l'information disponible à l'étape de la génération de concepts de solution est défini. Six critères de complexité sont proposés à partir de ces règles. Ensuite, une formulation permettant d'ordonner les concepts de solution à partir de ces critères et de l'information disponible à cette étape est établie. Finalement, une matrice de décision est employée pour unir les concepts de solution.

S'appuyant sur la formulation proposée, une comparaison est faite entre trois robots un robot hybride à six degrés de liberté, le robot PUMA et le robot DIE- STRO. Le robot hybride, un système sériel-parallèle, apparaît comme la meilleure alternative des trois.

Finalement, une réalisation du robot hybride est incluse. Les dimensions princi- pales des membrures y sont établies à partir d'un critère de performance cinétostatique. Des modèles tridimensionnels du robot et de ses principales composantes sont aussi inclus.