De ontwikkeling van krachtige manipulatoren onder interactiecontrole belooft ondermeer om therapeuten te ontlasten tijdens de repetitieve en arbeidsintensieve fases van de fysieke revalidatie alsook om handenarbeiders in een industriële omgeving te ondersteunen tijdens het heffen, verplaatsen, assembleren en bewerken van onderdelen.

Tijdens het ontwerp van deze krachtige toestellen moeten zowel de verschillende facetten van het ontwerp - mechanisch ontwerp, regelaarontwerp, stabiliteitsanalyse enz. - als de onderlinge connecties tussen deze facetten simultaan in rekening gebracht worden. Een dergelijke globale studie is essentieel om een optimaal mechatronisch ontwerp te bekomen. Een maximale onderdrukking van de natuurlijke wrijving en inertie is hét sleutelelement om de prestatie van een krachtige manipulator te optimaliseren. In dit werk wordt deze onderdrukking gerealiseerd door een expliciete interactieregelaar die gebruik maakt van een terugkoppeling van de krachten uitgeoefend op de eindeffector van de robot.

In overeenstemming met met de filosofie van het simultane, mechatronisch ontwerp biedt dit werk vooreerst een overzicht van de verschillende domeinen die aan bod komen tijdens het ontwerp van een krachtige manipulator en zijn expliciete interactieregelaar. Naast een beschrijving van verschillende bestaande aandrijftechnologieën, mechanische constructies en interactieregelaars wordt een methode voorgesteld die toelaat om de stabiliteit van het totale systeem te analyseren. Aan de hand van deze methode worden verschillende bestaande interactieregelaars geanalyseerd en wordt een nieuwe regelaar ontwikkeld. De studie van een aantal belangrijke relaties tussen de parameters van de regelaar en de eigenschappen van de hardware geeft aanleiding tot een aantal eenvoudige ontwerpregels, te gebruiken tijdens de initiële ontwerpfase van een nieuwe manipulator. Om de praktische bruikbaarheid van de stabiliteitsanalyse te verbeteren wordt een numerieke methode voorgesteld. Deze numerieke methode laat toe om alle lineaire dynamische effecten in de robot in rekening te brengen. Ze ondersteunt de filosofie van het mechatronisch ontwerp door een raamwerk aan te bieden dat het mechanisch ontwerp, regelaarontwerp en de analyse van de stabiliteit integreert. Ten slotte worden de voorgestelde ontwerpregels en methodes gebruikt om een praktische proefopstelling te analyseren, te controleren, en het interactief dynamisch gedrag te verbeteren.

De voorgestelde methodes en technieken zijn rechtstreeks bruikbaar tijdens het ontwerp van krachtige revalidatietoestellen met een beperkt aantal vrijheidsgraden en tijdens het ontwerp van intelligente hulptoestellen voor het heffen, tevens met een beperkt aantal vrijheidsgraden. Deze nieuwe revalidatietoestellen kunnen nieuwe oefenmodaliteiten mogelijk maken tijdens de revalidatie en training van patiënten, herstellend van orthopedische chirurgie of trauma. Hulptoestellen voor het heffen kunnen, eens hun inertie optimaal gereduceerd, de interactiekrachten tussen de operator en het toestel drastisch reduceren. Zo elimineren ze het risico op rugklachten. Dit werk exploreert het pad naar deze veelbelovende toekomstige applicaties.