Structure générale de commande

Cette section présente les travaux d’automatisation de tâches complexes de micro-assemblage, dont les motivations ont été explicitées en introduction, ainsi que les raisons conduisant à

Figure6.7 – Plateforme de micro-assemblage développée pour mettre en œuvre l’assemblage automatisé de composants complexes.

choisir une commande de type hybride force-position. Nous avons également établi l’im-portance de prendre en compte les transitions contact/non-contact de manière dynamique. Nous avons défini la stratégie d’assemblage en section 6.3 pour réaliser des cycles auto-matisés de prise-guidage-dépose. Outre ces éléments, il est important de noter que l’auto-matisation de tâches complexes de micro-assemblage a pour objectif intrinsèque de réali-ser des cycles répétés et reproductibles malgré différentes perturbations, des conditions ini-tiales changeantes ou des variations de paramètres. Par exemple, les caractéristiques (rai-deur, position) de l’objet manipulé sont initialement inconnues et peuvent varier lors de ma-nipulations successives d’objets différents. Les conditions initiales, comme la position d’un objet avant sa prise, sont variables et induisent des caractéristiques mécaniques différentes pour chaque prise. Ces caractéristiques ou conditions initiales sont potentiellement très in-fluentes sur l’automatisation (taux de réussite, précision de positionnement...) et requièrent une commande robuste ainsi qu’une identification en ligne des caractéristiques de l’objet [Boudaoud et al., 2015, Rakotondrabe et al., 2009, Xie et al., 2013].

d’abord, l’automatisation des tâches de micro-assemblage de composants optiques nécessite de contrôler la micropince (ouvertures/fermetures pour les tâches de prise et dépose), ainsi que les axes du porteur robotique (génération des déplacements relatifs entre le rail de guidage et le composant maintenu par les doigts de pince lors de la tâche de guidage). Compte-tenu de ces différents sous-systèmes à commander, la structure de commande comportera deux blocs principaux :

– un premier bloc pour commander l’ouverture et la fermeture de la micropince (commande en position puis en force) ainsi que les forces appliquées sur le composant pendant son serrage ; – un second bloc pour commander le porteur robotique afin de contrôler les mouvements relatifs entre l’objet tenu par les doigts de pince et le substrat sur lequel il doit être assemblé (principalement pour réaliser le guidage du composant dans le rail du substrat).

S I-S PCL FCL Guid Robot NanoCube 3-DOF Microgripper Contact force estimator FCL Grasp T − + − + − + + + Xd Fr fcd= 0 εx εf ef Xp ΔXp Xc u X fc Fg ˆ fy Grasp/release tasks Guiding task

Figure 6.8 – Schéma de commande hybride force-position utilisé pour l’automatisation de cycles de micro-assemblage (prise-guidage-dépose).

La réalisation des tâches de guidage nécessite de commander certains axes en position (par exemple, la direction principale du guidagex) et d’autres en force (par exemple, la direction y

selon laquelle des forces de contact latérales apparaissent pendant le guidage). Tout ceci conduit à choisir une structure de commande générale de type hybride force/position parallèle. Ce type de commande a été introduit par [Raibert and Craig, 1981] et son utilisation est répandue car elle permet de contrôler certains axes en position et d’autres en force.

Dans notre cas, les axes à commander en force (déplacements du composant selony ainsi que

les mouvements de doigts de la micropince) alternent des mouvements libres (sans force de contact) et des mouvements contraints (une force extérieure contraint le déplacement). Une commande hybride force/position de type externe sera appliquée à ces axes. Il s’agit d’une commande en cascade, dont la boucle externe en force est hiérarchiquement supérieure, et qui est particulièrement adaptée pour traiter les transitions contacts/non-contacts.

La Figure 6.8 présente la structure générale de la commande obtenue résultant de la combi-naison des commandes parallèles et externes permettant de contrôler les deux sous-systèmes (micropince et porteur). Ainsi, le premier bloc, intitulé "Grasp/release Tasks" permet de

contrô-ler les tâches de saisie et de dépose. Il comprend les variables et blocs suivants :

– la consigneFrest un vecteur constitué des deux forces de précharge (Fr1 etFr2) que chaque outil de micropince peut exercer sur le composant pour assurer sa saisie et son maintien, ainsi,Fr= (Fr1, Fr2) ;

– le contrôleur de cette boucle est constitué d’un bloc T qui permet de sélectionner la tâche à réaliser. Ce bloc peut prendre deux valeurs 0 (pour le guidage) ou 1 (pour la prise ou la dépose) ;

– le bloc intitulé "FCL Grasp" intègre la loi de commande de la micropince qui sera a présentée en section 6.5.2) ;

– la sortie du système bouclé est le vecteur Fg dont les deux composantes Fg1 et Fg2 sont les forces mesurées par les capteurs intégrés à la micropince (mesure des forces de contact entre outils de micropince et composant manipulé).

Le second bloc, intitulé "Guiding Task" permet de contrôler la tâche de guidage et comporte deux consignes : Xd = (xd, yd, zd) vecteur définissant la position finale souhaitée du compo-sant optique sur le rail à l’issue du guidage etfcd la force de contact exercée par le rail sur le composant pendant son guidage. La stratégie retenue pour effectuer le guidage (explicitée en section 6.3.2) fait quefcd est généralement nul. Compte-tenu de ces deux types de consigne, une matrice de sélection S est utilisée afin de définir les axes qui seront commandés en position et la matrice I-S ceux qui seront commandés en force.εx etεy sont respectivement les erreurs en position et en force, X la position mesurée avec les capteurs internes du nanocube (porte

substrat). ˆfy constitue l’estimation de la force de contact entre le composant et le rail précé-demment explicitée par l’équation 6.10. Un premier correcteur, intitulé "PCL" sur la Figure 6.8, permet de contrôler la position. Ce correcteur est de type PID (Proportionnel-Intégral-Dérivé). Le second correcteur, intitulé "FCL Guid", intègre également la loi de commande présentée en section 6.5.2.