Notre concept de la micro-usine

Le projet ’micro-usine’ en cours d’´etude et de d´eveloppement au Laboratoire d’Au- tomatique de Besan¸con est de type multistation, hautement modulaire et compl`etement automatis´ee. Nous allons d´etailler ces concepts.

3.1.1.1 Micro-usine multistation et hautement modulaire

Par rapport aux micro-usines multistations modulaires pr´esent´ees dans l’´etat de l’art, l’approche de la modularit´e que nous proposons ne se limite pas aux stations, elle s’ap- plique ´egalement aux composants qui la constituent. En effet, chaque microrobot ou microsyst`eme qui compose une station est consid´er´e comme un module. Le concept b´e- n´eficie alors des avantages des micro-usines multistations modulaires et des micro-usines monostations modulaires.

LaFig.3.1illustre ce concept. Sur la plate-forme de la micro-usine, on peut ajouter, remplacer ou enlever des stations selon le besoin d´efini par le type et la quantit´e des produits `a r´ealiser. Un stock de stations, non n´ecessairement identiques, est donc mis `a disposition. De mˆeme, selon la fonction que l’on veut attribuer `a une station, on peut

ajouter, remplacer ou enlever des microsyst`emes et microrobots dans celle-ci. Enfin, le remplacement d’un module, que ce soit une station ou un microrobot, peut ˆetre aussi dˆu `a une panne. Poste Poste Supply station Assembly station Poste Laser manufacturing station Microusine Poste Poste Supply station Assembly station Poste Laser manufacturing station Microusine Poste Poste Supply station Assembly station Poste Laser manufacturing station Poste Plate-forme Micro-usine manufacturing station manufacturing

station manufacturingmanufacturingstationstation stationstation stationstation

Stock de stations Stock de microrobots ajout, enlèvement, remplacement de stations

station station station ... station ...

Fig. 3.1 – La micro-usine modulaire.

3.1.1.2 Automatisation compl`ete

L’automatisation d’une tˆache de micromanipulation ou de microassemblage est un vrai challenge pour les microroboticiens. En effet, `a cause des effets d’´echelle qui ne sont pas encore bien maˆıtris´es, le d´eveloppement de commandes capables de r´eussir ces tˆaches est tr`es difficile. La plupart des r´ealisations actuelles sont donc t´el´eop´er´ees.

Lorsqu’on veut automatiser un syst`eme de production, on retrouve deux niveaux de commande :

– la commande de bas niveau, ou commande locale, qui s’applique sur chaque ac- tionneur et robot,

– la commande de haut niveau, ou superviseur, qui concerne la planification des tˆaches.

En micromanipulation, on peut alors d´efinir quatre classes de structures de com- mandes :

a - El´ements command´es en boucle ouverte et t´el´eop´eration (Fig. 3.2) : on entend par ´el´ement chaque microsyst`eme `a l’int´erieur d’une station, que ce soit pour une micro-usine monostation ou multistation. Dans la plupart des cas, un ´el´ement cor- respond `a un microactionneur ou `a un microrobot. Il s’agit d’une ´etape test pour certain

3.1 Introduction 43

et d’application pour d’autres. Un retour visuel est recommand´e. Dans certains cas, il est utile d’acc´eder aux efforts de manipulation. Certaines stations poss`edent ´egalement un retour haptique.

multistation

Fig. 3.2 – Boucle ouverte et t´el´eop´eration.

b - El´ements command´es en boucle ferm´ee et t´el´eop´eration (Fig. 3.3) : souvent, les performances naturelles des ´el´ements ne sont pas suffisantes aux tˆaches pour lesquelles ils sont destin´es. Une commande en boucle ferm´ee d’une partie ou de l’ensemble des ´el´ements est n´ecessaire dans ce cas.

multistation

Fig. 3.3 – Boucle ferm´ee et t´el´eop´eration.

c - El´ements command´es en boucle ouverte et automatisation (Fig. 3.4) : l’automatisation d’une micro-usine consiste `a remplacer l’op´erateur humain par une machine de calcul. Les fonctions principales de cette derni`ere seront de superviser le d´eroulement des tˆaches dans chaque station et ´eventuellement de superviser les tˆaches inter-stations. L’op´erateur humain est ici un assistant. Son intervention concerne la configuration et les ordres de d´epart cycle, d’arrˆet d’urgence, etc... Cette classe est peu vraissemblable en pratique.

élément-1 élément-n

. . .

et éventuellement retour haptique ou retour d'effort

tâches

Fig. 3.4 – Boucle ouverte et automatisation.

d - El´ements command´es en boucle ferm´ee et automatisation (Fig. 3.5) : de mˆeme que la classe 2, lorsque les performances naturelles des ´el´ements ne sont pas suffisantes, une commande en boucle ferm´ee de chacun de ceux-ci est n´ecessaire. Pour la supervision, une commande du type hybride 1 est dans tous les cas n´ecessaire. Elle assurera la planification des actions des ´el´ements et des diff´erentes tˆaches. Concernant le retour, le traitement d’images est tr`es utile. L’automatisation est bien entendu le seul moyen efficace pour des production en moyenne et grande s´eries.

élément-1

micro-usine mono ou multistation - retour visuel

et éventuellement retour haptique ou retour d'effort tâches K élément-1 . . . K

Fig. 3.5 – Boucle ferm´ee et automatisation.

Le concept ’micro-usine’ que nous d´eveloppons fait partie de la classe-d. Dans ce projet, la modularit´e s’applique ´egalement `a la commande : lors du retrait, du rempla- cement ou de l’ajout de microrobots dans une station, la commande locale associ´ee est retir´ee, remplac´ee ou ajout´ee de fa¸con automatique au sein du superviseur. Pour r´eussir

1_{Syst`emes dynamiques hybrides (SDH) : syst`emes combinant ´ev´enement continu et ´ev´enement discret.} La commande hybride consiste `a combiner la commande de la partie continue et la commande de la partie discr`ete.

3.1 Introduction 45

l’automatisation, ce projet se d´ecompose en plusieurs parties :

– ´etude de la communication et du traitement des informations au sein de la super- vision [Des04],

– ´etude de la vision [Ber06],

– ´etude des syst`emes de convoyage [Par06],

– ´etude du syst`eme de changement d’outils [Cl´e02], – et r´ealisation de micropinces [Had00] [Agn03b]. En ce qui concerne cette th`ese, l’objectif est double :

– concevoir une station de micromanipulation et de microassemblage modulaire, – synth´etiser des lois de commandes locales dans la station r´ealis´ee.