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Systèmes mécatroniques évolués

Projet de recherche P5/06 (Action de recherche P5)

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Description :

Le présent projet de recherche sur les «Systèmes Mécatroniques Evolués» a pour objectif de développer un environnement dédié à l’optimisation et à la commande de systèmes mécatroniques intégrés. Cet environnement vise le développement d’une nouvelle génération de systèmes mécatroniques, requis par l’évolution actuelle des défis technologiques et sociologiques.

La caractéristique la plus marquante d’un système mécatronique (que l’on peut encore qualifier de «machine») reste la génération d’un mouve-ment. Une «machine» est donc une structure mécanique (de façon générale, un système constitué de corps flexibles poly-articulés) de complexité variable. Cette structure est mise en mouvement par un ensemble d’actionneurs appropriés, au travers de mécanismes de transmission. Les mouvements qui en résultent sont mesurés par le biais de capteurs. Ces derniers peuvent être de type proprioceptif (ex.: codeurs, gyroscopes) ou extéroceptif (ex.: système de vision). Une tâche à exécuter est transmise à la «machine» via une interface homme/machine (système de programmation de tâches) comme, par exemple, les interfaces à retour d’effort, la programmation par apprentissage, l’autonomie interactive de chaises roulantes, etc. L’écart par rapport au mouvement de consigne, détecté par les capteurs, est corrigé par un système de commande approprié. Les caractéristiques fondamentales de tels systèmes sont la robustesse, la précision, la largeur de bande etc. Les systèmes de commande peuvent être basés soit purement sur un modèle du système, soit sur l’observation de son comportement soir encore sur les deux.

Comme ces machines sont intrinsèquement de nature pluridisciplinaire, l’approche mécatronique se présente comme étant tout naturellement celle à suivre pour la conduite du projet. Fondamentalement, cette approche est de type « concurrent engineering »: la machine doit être vue comme un système pluridisciplinaire dans lequel tous les aspects doivent être optimisés simultanément.
Le projet est subdivisé en sous-projets, chacun d’entre eux étant focalisé sur des recherches de pointe dans une discipline particulière et/ou au niveau de l’intégration de disciplines différentes. Ces dernières sont: la modélisation, l’identification, la commande et l’optimisation des systèmes, les micro-systèmes, la nano-technologie, les interfaces homme/machine, le tout dans des environnements complexes.
Optimisation et pluridisciplinarité sont les clés de voûte du présent projet. En effet, ce dernier met l’accent sur la modélisation, l’identification et la commande de systèmes multidisciplinaires et affiche de ce fait une réelle progression par rapport à l’état de l’art. Des cas tests génériques ont été définis et sont destinés à illustrer la supériorité de l’approche mécatronique intégrée qui est envisagée dans le projet par rapport à ce que propose l’état de l’art actuel.

Les thèmes du projet ont été sélectionnés en tenant compte des résultats des projets PAI antérieurs, et sur la base des défis posés à la recherche de pointe dans le domaine de la mécatronique.

Le premier sous-projet (SP1) est dédié à la modélisation, la commande et l’optimisation de systèmes mécatroniques. Le programme symbolique de modélisation de système multicorps, Robotran, développé antérieurement sera généralisé pour permettre de tenir compte d’éléments issus d’autres disciplines que la mécanique multicorps. Par ailleurs, en vibro-acoustique, on s’intéressera plus particulièrement à la modélisation de systèmes soumis à des fréquences intermédiaires, problème non encore résolu de façon satisfaisante. SP1 sera aussi l’objet du développement de systèmes de commande robustes pour systèmes multicorps distribués comprenant des non-linéarités importantes (géométrie variable) ou moyenne (forces de frottement).
Enfin, soulignons que l’optimisation occupe une place centrale pour SP1 : en effet, à ce niveau, les modèles du système et de sa commande sont fusionnés en un seul modèle « mécatronique » dont l’optimisation globale est l’aboutissement de ce premier sous-projet.

Le second sous-projet (SP2) a pour objet le développement de micro-effecteurs intelligents (actionnés par un fluide) caractérisés par une grande densité de puissance. Ceux-ci sont utiles pour des systèmes micro-mécatroniques, tels que les endoscopes robotisés.

Le troisième sous-projet (SP3) vise à résoudre des problèmes pointus en nano-robotique. En particulier, il s’agit de problèmes de manipulation et/ou d’assemblage de nano-structures, en utilisant des interfaces à retour d’efforts entre l’opérateur et un microscope à forces atomiques.

Le quatrième et dernier sous-projet (SP4) concerne les interactions homme/machine de haut niveau, pour des cas très divers tels que la programmation par apprentissage, l’usinage de surfaces complexes, l’intelligence distribuée...
De plus, les méthodes seront développées en tenant compte de la complexité de l’environnement dans lequel le système mécatronique doit évoluer (géométrie, photométrie), par exemple à l’aide de systèmes actifs de vision, de systèmes de commande intelligents et basés sur le comportement, ... Les méthodes envisagées seront capables de rendre les systèmes mécatroniques (en particulier des robots mobiles) plus autonomes dans des environnements complexes, non structurés et non industriels tels que des salles de séjour ou de réunion, ... ; l’objectif final étant bien sûr de concrétiser le rêve ultime dans ce domaine, à savoir la réalisation d’une machine « omniprésente mais invisible », capable d’assister l’être humain et vivre en harmonie avec lui.

Documentation :

Références bibliographiques :

“Multisine shock and vibration testing using a high-frequency 6-DOF shaker table”  DE CONINCK F., DESMET W., SAS P., VAES D., Proceedings of the Tenth International Congress on Sound and Vibration (ICSV10), (Stockholm, Sweden), 2003 

A Bayesian Approach for Color Constancy based Visual Servoing’  DE CUBBER G., Sid Ahmed BERRABAH, Hichem SAHLI. 11th International Conference on Advanced Robotics; Coimbra, Portugal, 2003/Jul 

A comparison of gain-scheduled controller designs for an experimental machine tool with position dependent dynamics,  SYMENS W., J. SWEVERS, H. VAN BRUSSEL Proc. of Benelux Meeting 2003 on Systems and Control, Lommel, 2003/Mar 

A coupled finite element, wave based approach for the steady-state dynamic analysis of acoustic systems,  VAN HAL B., W. DESMET, D. VANDEPITTE, P. SAS Journal of Computational Acoustics 11(2), 2003 

A demonstrator for 1d chatter using the "Hardware in the Loop" concept, IAP 5/06 AMS Workshop  GANGULI & A. PREUMONT Poster session, UCL, Louvain-la-Neuve (Belgique), 2003/Oct 

A generalized Maxwell-slip friction model appropriate for control purposes,  LAMPAERT V., F. AL-BENDER, J. SWEVERS, Proc. of International Conference "Physics and Control", St. Petersburg, August CD-Ro, 2003/Aug 

A micrgas turbine unit for electric power generation: design and testing of turbine and compressor,  PEIRS J., D. REYNAERTS, F. VERPLAETSEN, Proc. of PowerMEMS - Makuhari, Japan,, 2003/Dec 

A microptical force sensor for force feedback during minimally invasive robotic surgery,  PEIRS J., J. CLIJNEN, P. HERIJGERS, D. REYNAERTS, H. VAN BRUSSEL, B. CORTEVILLE, S. BOONE, Proc. of MME03, The 14th MicroMechanics Europe Workshop, Delft,, 2003/Nov 

A Model Reduction Method for the Control of Mechanisms, IAP 5/06 AMS Workshop  BRÜLS O., P. DUYSINX and J.-C. GOLINVAL, Poster session, UCL, Louvain-la-Neuve (Belgique), 2003/Oct 

A model reduction method for the control of rigid mechanisms,  BRÜLS O., P. DUYSINX, and J.-C. GOLINVAL, Proc. of the ECCOMAS Conf. on Advances in Computational Multibody Systems (Lisbon, Portugal), 2003/Jul 

A new numerical prediction technique for structural-acoustic harmonic analyses in automotive applications,  PLUYMERS B., W. DESMET, D. VANDEPITTE, P. SAS Proc. of the 1st Flanders Eng. PhD Symposium - Industry-Ready Innovative Research, Brussels, Belgium,, 2003 

A novel electrode design for piezoelectric film sensors: experimental validation  FRANÇOIS, P. DE MAN & A. PREUMONT 6th National Congress on Theoretical and Applied Mechanics, Ghent, Belgium, 2003/May 

A six degrees of freedom active isolator based on Stewart platform, IAP 5/06 AMS Workshop,  DE MARNEFFE, I. ROMANESCU Poster session, UCL, Louvain-la-Neuve (Belgique),, 2003/Oct 

A software framework for control of multi-sensor, multi-actuator systems"  WAARSING B.J.W., M. NUTTIN and H. VAN BRUSSEL 11th International Conference on Advanced Robotics (ICAR), Coimbra, Portugal,, 2003/Jul 

A Student Project in Multibody Dynamics for Training in Fundamental Mechanics,  FISETTE, P., SAMIN, J.C. Eccomas Thematic Conference Multibody ; InstitutSuperior Técnico, Lisbon, Portugal., 2003/Jun 

A survey of electromagnetic micrmotors,  DEREINE E., B. DEHEZ, D. GRENIER, B. RAUCENT, proc. of Int. Precision assembly seminar, IPAS’2003, Bad Hofgastein, Austria, 2003/Mar 

A wave based prediction technique for the steady-state dynamic analysis of three-dimensional plate structures,  VANMAELE C., W. DESMET, D. VANDEPITTE Proceedings of the Tenth International Congress on Sound and Vibration (ICSV10), Stockholm, Sweden, 2003 

Active Control of impact noise in a duct,  PINTE G., DESMET W., SAS P. Proceedings of the Tenth International Congress on Sound and Vibration (Stockholm), 2003 

Active Control of impact noise in a duct,  PINTE G., SAS P., DESMET W. Proceedings of the 22nd Benelux Meeting on Systems and Control (Lommel), 2003 

Active control of noise transmission through double wall structures: an overview of possible approaches,  DE MAN P., A. FRANÇOIS & A. PREUMONT, 6th National Congress on Theoretical and Applied Mechanics, Ghent, Belgium, 2003/May 

Active damping in oil drilling system, IAP 5/06 AMS Workshop  SAIVE T. & A. PREUMONT Poster session, UCL, Louvain-la-Neuve (Belgique), 2003/Oct 

Active Isolation and Damping of Vibrations via Stewart Platform  HANIEH Abu, hD Thesis, 2003/Apr 

Active Isolation and Damping of Vibrations via Stewart Platform,  HANIEH A. PhD Thesis, 2003/Apr 

Analysis of H-infinity control techniques for the control of machine tools with position dependent Dynamics,  SYMENS W., J. SWEVERS, H. VAN BRUSSEL Proc. of 6de Nat. Congres over Theor. en Toegep. Mech. Gent, CD-Rom, Paper No. NCTAM-2003-056., 2003/May 

Application of the Fuzzy Finite Element Method for Dynamic Analysis of Structures with Uncertain Boundary Conditions,  MOENS D., D. VANDEPITTE Proc. IMAC XXI, Orlando, CD-Rom., 2003 

Application of the Wave Based prediction Technique for the steady-state dynamic analysis of multi-domain acoustic problems,  PLUYMERS B., W. DESMET, D. VANDEPITTE, P. SAS Proc. of the 6th N. Congress on Applied and Theoretical Mechanics (NCTTM6), Ghent, Belgium., 2003 

Behaviour-based mobile manipulation inspired by the human example"  WAARSING B.J.W., M. NUTTIN and H. VAN BRUSSEL, ICRA Taipei, Taiwan,, 2003/Sep 

Comfort Improvement of a Nonlinear Suspension using Global Optimization and In-situ Measurements  DEPREZ K., D. MOSHOU, H. RAMON. Journal of Sound and Vibration. Submitted June 2003, 2003/Jun 

Comfort Improvement of Agricultural Vehicles by Passive a Semi-Active Suspensions.  DEPREZ K., D. MOSHOU, H. RAMON, J. DE BAERDEMAEKER. Computers and Electronics in Agriculture , submitted December 2003., 2003/Dec 

Computational environment for the design of flexible mechanisms with feedback control  BRÜLS O., P. DUYSINX, and J.-C. GOLINVAL, Proc. of the 6th National Congress on Theoretical and Applied Mechanics (Ghent, Belgium), 2003/May 

Contribution tthe optimization of closed-loop multibody systems: application tparallel manipulators.  COLLARD J.-F., FISETTE P, & DUYSINX P. Euromech 442, 23-27 février 2003, Erlangen-Nuremberg, Allemagne., 2003/Feb 

Contribution tthe optimization of closed-loop multibody systems: applications tparallel manipulator,  COLLARD J.-F., FISETTE P. & DUYSINX P. Proceedings du 5th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization, Liddi Jesol(Venise), Italie, 2003/May 

Coupled finite element - wave based approach in steady-state structural acoustics,  VAN HAL B., W. DESMET, D. VANDEPITTE, P. SAS K.J. Bathe, ed., Proc. of the 2d MIT conf. on Computational Fluid and Solid Mech. (MIT, Boston, USA), 2003 

Decoupling feedback control for improved multivariable vibration test rig tracking  VAES D., J. SWEVERS, J. DE CUYPER, P. SAS Proc. of 6de Nat. Congres over Theor. en Toegep. Mech., Gent, CD-Rom, Paper No. NCTAM-2003-085., 2003/May 

Design and realisation of a miniaturised tri-axial force sensor based on an optical measurement principle,  LIJNEN J., D. REYNAERTS, H. VAN BRUSSEL, Proc. Photomec ’02, Louvain-la-Neuve, 20-21 Feb 2003, s.n., 2003/Feb 

Design and realisation of an optical tri-axial force sensor,  CLIJNEN J., D. REYNAERTS, H. VAN BRUSSEL, Proc. of International Precision Assembly Seminar, Bad Hofgastein, 2003/Mar 

Design of a micro-rotative actuator test bed.  SMAL O., E. DEREINE, B. RAUCENT, B. DEHEZ, Proc. of IEEE Int. Symposium on Assembly and Task Planning, Besançon, France, 2003/Jul 

Design of an advanced tool guiding system for robotic surgery,  PEIRS J., D. REYNAERTS, H. VAN BRUSSEL, G. DE GERSEM, H.-W. TANG, Proc. IEEE Int. Conf. Robotics & Automation, Taiwan, 2003 

Design of an optical force sensor for force feedback during minimally invasive robotic surgery,  PEIRS J., J. CLIJNEN, P. HERIJGERS, D. REYNAERTS, H. VAN BRUSSEL, B. CORTEVILLE, S. BOONE, Proc. of Eurosensor XVII, the European Conference on Solid-State Transducers, Guimaraes, 2003/Sep 

Development of a micrgas turbine for electric power generation,  PEIRS J., D. REYNAERTS, F. VERPLAETSEN,, F. NORMAN, S. LEFEVER, Proc. of Eurosensor XVII, the European Conference on Solid-State Transducers, , Guimaraes,, 2003/Sep 

Development of a micrgas turbine for electric power generation,  PEIRS J., D. REYNAERTS, F. VERPLAETSEN,, F. NORMAN, S. LEFEVER, Proc. of MME03, the 14th MicroMechanics Europe Workshop, Delft,, 2003/Nov 

Development of a miniature optical tri-axial force sensor,  CLIJNEN J., D. REYNAERTS, H. VAN BRUSSEL, Proc. of Eurosensor XVII, the European Conference on Solid-State Transducers, Guimaraes, 2003/Sep 

Development of an axial microturbine for a portable gas turbine generator  PEIRS J., D. REYNAERTS, F. VERPLAETSEN, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 13 (4),, 2003 

Experimental characterisation of dry friction at low velocities on a developed tribometer setup for macroscopic measurements,  LAMPAERT V., F. AL-BENDER, J. SWEVERS, Proc. of 6de Nat. Congres over Theoret. en Toegep. Mechanica,, CD-Rom, Paper No. NCTAM-2003-039, 2003/May 

Experimental robot and payload identification with application tdynamic trajectory compensation  VERDONCK W promoter J. DE SCHUTTER, J. SWEVERS, ISBN90-5682-476-7,, 2003/May 

Experimental validation of the wave based prediction technique for the analysis of the coupled vibro-acoustic behaviour of a 3D cavity,  PLUYMERS, B., HEPBERGER A., DESMET, W., PRIEBSCH H.H., VANDEPITTE, D., SAS, P. Proc. of the Second MIT Conference on Solid and Fluid Mechanics (MIT2), Boston, Massachusetts, USA, 2003 

Fully Symbolic Generation of Complex Multibody Models,  FISETTE, P. seminar, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Duisburg-Essen,, 2003/Dec 

Fundamental limitations on control system performance: Pole-zerexcess, NMP-zeros and noise sensitivity,  VAES D., J. SWEVERS, P. SAS, J. DE CUYPER Proc. of Benelux Meeting 2003 on Systems and Control, Lommel, 2003/Mar 

Hybrid finite element – wave based method for acoustic problems,  VAN HAL B., W. DESMET, D. VANDEPITTE, P. SAS Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences (CAMES) 11, 2003 

Identification and control of an active suspension of an experimental quarter car test rig,  LAUWERYS C., J. SWEVERS, P. Book of abstracts of the 22nd Benelux meeting on systems and control, Lommel, Belgium,, 2003/Mar 

Installation and performance testing of a high frequency 6-DOF shaker table  DE CONINCK F., W. DESMET, P. SAS, Proc. of the 6th National Congress on Theoretical and Applied Mechanics (Gent) ., 2003 

Interface Haptique pour Nanomanipulateur AFM  LETIER P., T. SAIVE & I. BURDA, 6th National Congress on Theoretical and Applied Mechanics, Ghent, Belgium, 2003/May 

Large Stroke Piezoelectric Actuators: State of the Art, IAP 5/06 AMS Workshop  FERNÁNDEZ FERNÁNDEZ Poster session, UCL, Louvain-la-Neuve (Belgique), 2003/Oct 

Micro-electro-discharge machining as microsensor fabrication technology.  MEEUSEN W., J. CLIJNEN, D. REYNAERTS, H. VAN BRUSSEL, R PUERS, IEEE Sensors Journal 3(5),, 2003 

Modélisation et Simulation des Convertisseurs Electroniques de Puissance par Analogie avec les Systèmes Mécaniques  TELTEU, D., GRENIER, D., FISETTE, P. et LABRIQUE, L Revue Internationale de Génie Electrique (RIGE), 6 n°3-4, 2003 

Modelling and control of dry sliding friction in mechanical systems,  LAMPAERT V. promoter: J. SWEVERS, F. AL-BENDER, ISBN90-5682-448-1., 2003/Dec 

On the use of a wave based prediction technique for steady-state structural-acoustic radiation analysis  PLUYMERS B., DESMET W., VANDEPITTE D., SAS P submitted for publication in Journal of Computer Modeling in Engineering & Sciences (CMES), 2003/Oct 

On the use of a wave based prediction technique for steady-state structural-acoustic radiation analysis,  PLUYMERS B., W. DESMET, D. VANDEPITTE, P. SAS, Book of abstracts of the Third International Workshop on MeshFree Methods (IWMM2003), Lisbon, Portugal,, 2003 

Optimal decoupling for improved multivariable controller design, applied on an automotive vibration test rig,  VAES D., W. SOUVERIJNS, J. DE CUYPER, J. SWEVERS, P. SAS American Control Conference, Denver, 2003/Jun 

Piecewise overactuation of Parallel Mechanisms Following Singular Trajectories : Modeling, Simulation and Control,  GANOVSKI, L, FISETTE, P. et SAMIN, J.C. Eccomas Thematic Conference Multibody , InstitutSuperior Técnico, Lisbon, Portugal., 2003/Jun 

Pole-placement vs loop-shaping design for gain scheduling control of machine tools with position dependent dynamics,  SYMENS W., J. SWEVERS, H. VAN BRUSSEL, Proc. of European Control Conference, 2003 

Robust tracking controller design with application tthe motion control of an X-Y feed table for high-speed machining  WANG J. promoter H. VAN BRUSSEL, J. SWEVERS, ISBN90-5682-468-6., 2003 

SAS, Advanced controllers for an active suspension of a passenger car,  LAUWERYS C., J. SWEVERS, P. Proceedings of the 4th IFAC Symposium on Robust Control Design, CD-ROM FA02-3, Milan, Italy, 2006/Jun 

SAS, Advanced controllers for an active suspension of a passenger car,  LAUWERYS C., J. SWEVERS, P. Proceedings of the 6th National Congress on Theoretical and Applied Mechanics, Ghent, Belgium,, 2003/May 

SAS, Design and experimental validation of linear controllers for an active suspension system of a passenger car,  LAUWERYS C., J. SWEVERS, P. Proc. of the 10th International Congres on Sound and Vibration – ICSV - Stockholm, Zweden, 2003/Jul 

Shock and vibration testing using a high-frequency 6-DOF hydraulic shaker table  DE CONINCK F., W. DESMET, P. SAS, D. VAES, Proc. of the 74th Shock and Vibration Symposium (San Diego, USA), 2003 

Simulation of an active control system in a hot-dip galvanizing line, Virtual Nonlinear Multibody Systems  BRÜLS O., P. DUYSINX, and J.-C. GOLINVAL, Mathematics, Physics and Chemistry, vol. 103, Kluwer Academic Publishers, 2003 

Spatial Filtering for active vibration control of plates and shells,  PREUMONT, A. FRANÇOIS, P. DE MAN & N. LOIX, 5th European Conference on Noise Control, Naples, Italy., 2003/May 

Spatial filtering with discrete array sensors and distributed PVDF films,  PREUMONT A., P. DE MAN, A.FRANÇOIS, N. LOIX and K. HENRIOULLE Keynote lecture, SMART’03 workshop, Jadwisin (Poland), (29 p. Tbe published as chapter of a book), 2003/Sep 

Spatial filters in structural control  PREUMONT A., A.FRANÇOIS, P. DE MAN & V.PIEFORT Journal of Sound and Vibration, Vol. 265, N°1, 2003/Jun 

Spatial filters in structural control : Distributed filters with piezoelectric films, IAP 5/06 AMS Workshop,  DE MAN P., A. FRANÇOIS & A. PREUMONT, Poster session, UCL, Louvain-la-Neuve (Belgique), 2003/Oct, 2003/Jun 

Symbolic Modeling of Multibody Systems,  SAMIN, J.C., FISETTE, P. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, ISBN 1-4020-1629-8, 2003 

Symbolic Modelling of Electromechanical Systems : Comparison of Different Approaches and Applications  SASS, L., MCPHEE, J., SCHMITKE, C., FISETTE, P. et GRENIER, D Eccomas Thematic Conference Multibody - InstitutSuperior Técnico, Lisbon, Portugal., 2003/Jun 

Teleoperated NanScale Object Manipulation, IAP 5/06 AMS Workshop,  LETIER P., Thierry SAIVE, Ioan BURDA & Mihaita HORODINCA, Poster session, UCL, Louvain-la-Neuve (Belgique),, 2003/Oct 

Trefftz-based prediction technique for multi-domain steady-state acoustic problems  PLUYMERS B., W. DESMET, D. VANDEPITTE, P. SAS, A. Proc.of the Tenth International Congress on Sound and Vibration (ICSV10), Stockholm, Sweden,, 2003 

uzzy Finite Element Frequency Response Analysis of Structures with Uncertain Parameters  MOENS D., D. VANDEPITTE, Proc. of 44th AIAA/ASME/ASCE/AHS Structres, Structural Dynamics and Materials Conf., Norfolk, CD-Rom, 2003/Apr 

Vision Based Intelligent Wheelchair Control: the role of vision and inertial sensing in topological navigation, Workshop on Integration of Vision and Inertial Sensors,  GOEDEMÉ T., M. NUTTIN, T. TUYTELAARS, and L. VAN GOOL, INERVIS, Coimbra, 2003 

Visual Servoing under Changing Illumination Conditions’  DE CUBBER G., Hichem SAHLI, Hong PING, Eric COLON; WAPCV2003 International Workshop on Attention and Performance in Computer Vision; Graz, Austria, 2003/Apr 


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