INTRODUCTION A LA ROBOTIQUE: ASPECTS MECANIQUES

INTRODUCTION A LA ROBOTIQUE:

ASPECTS MECANIQUES

Pierre DUYSINX

Plan du cours

• Chapitre 1: Introduction

• Chapitre 2: Bases de la technologie des robots

• Chapitre 3: Principes de base du contrôle des mouvements du robot

• Chapitre 4: Cinématique du corps rigide

• Chapitre 5: Cinématique des structures en chaîne ouverte simple

• Chapitre 6: Dynamique des structures en chaîne ouverte simple

• Chapitre 7: Statique des structures en chaîne ouverte simple

• Chapitre 8: Planification et génération de la trajectoire

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CHAPITRE 1:

INTRODUCTION

1.1 ROLE MECANIQUE DU ROBOT MANIPULATEUR

• But de la structure mécanique du robot manipulateur Assurer la localisation dans l’espace d’un outil appelé effecteur

• Localisation géométrie de l’effecteur

• Planification de trajectoire

Tenant compte des contraintes environnementales

• Description de la position et de l’orientation de l’effecteur

Nécessité de différents systèmes de coordonnées (repères)

Transformations de coordonnées !

1.2 STRUCTURE GÉNÉRALE D’UN ROBOT MANIPULATEUR

• Description du robot manipulateur dans son environnement en 5 composantes interagissant

1.2 STRUCTURE GÉNÉRALE D’UN ROBOT

MANIPULATEUR

4 1.2 STRUCTURE GÉNÉRALE D’UN ROBOT

MANIPULATEUR

• Description du robot manipulateur dans son environnement en 5 composantes interagissant

• 1° Structure mécanique ou système articulé

– membres rigides, liaisons articulées par des joints mécaniques – à son extrémité l’outil ou effecteur

• 2° Actuateurs

– pour lutter contre la gravité, l’inertie, les forces extérieures;

– modifier la configuration;

– de types électriques / pneumatiques / hydrauliques

• 3° Les systèmes de transmissions mécaniques

1.2 STRUCTURE GÉNÉRALE D’UN ROBOT MANIPULATEUR

• Description du robot manipulateur dans son environnement en 5 composantes interagissant

• 4° Les senseurs

– tactiles, optiques, électriques...

– senseurs proprioceptifsdont le but est de fournir l’information sur la configuration du manipulateur

– senseurs extéroceptifsdont le but est donner des informations sur l’environnement

• 5° Unité de contrôle

– rôle d’information: collecter l ’information venant des senseurs

– rôle de décision: partant d’une tâche définie et tenant compte des donnés du système et de l’environnement établir des actions

– rôle de communication

1.3 STRUCTURE DE L’UNITE DE CONTROLE

• Fonction de l’unité de contrôle: logiciels et bases de données concernant:

– un modèle cinématique / dynamique du robot

• entrées, consignes, commandes mouvements – modèle de l’environnement

• planification de trajectoire, évitement de collision – algorithme de contrôle

• gouverne le mouvement du robot à un plus bas niveau (structures et actuateurs) – protocole de communication

• échange d’informations entre les différents composants du système

• Architecture de l’unité de contrôle:

– centralisée ou hiérarchique (maître - esclave)

1.4 ROBOTS INDUSTRIELS AUJOURD’HUI

• Théoriquement:

– Un robot doit avoir une aptitude à réagir aux changements de l’environnement

• En pratique:

– Les rôles d’information, de décision et de communication de l’unité centrale ne sont réalisées que jusqu’à un certain degré (assez faible)

– Il reste encore beaucoup de progrès à faire!

– L’interaction avec l’environnement est souvent quasi-inexistante

• Conséquence:

– Le robot manipulateur industriel actuel est surtout programmé pour réaliser une tâche figée

6 1.4 ROBOTS INDUSTRIELS AUJOURD’HUI

• Architecture simplifiée du robot manipulateur actuel

1.5 ASPECTS MECANIQUES DES ROBOTS

• Objectifs à atteindre

– Mobilité et dextérité aussi grande que possible dans l’espace de travail – Accessibilité aussi large que possible

– Flexibilité maximale des tâches à réaliser

• Parallélisme avec le bras humain

– Liaison série de membres reliées par des joints rotules pour la mobilité et la dextérité – Pauvre raideur mécanique

– Mauvaise précision

• Conséquences

– Nécessité d’avoir une conception assez sophistiquée (« advanced design »), – Une bonne modélisation

– Un contrôle efficace

1.5 ASPECTS MECANIQUES DES ROBOTS

• Géométrie

– Équations non linéaire complexes

• Cinématique

– Une des difficultés provient des multiples degrés de liberté – (≠des mécanismes)

• Dynamique

– Équations non linéaires fortement couplées (à cause de la cinématique), – Variation forte de la gravité, des forces d’inertie avec la configuration – Effets Coriolis et centrifuges importants

– Flexibilité structurale

– Effets indésirables de l’amortissement structural

1.6 ROLE DE L’INGÉNIEUR MECANICIEN

• Conception générale

– architecture générale mobilité et dextérité – cinématique

– logiciels de CAO robotique

• Conception de détails / composants

– conception et dimensionnement de composants mécaniques

• Niveaux de contrôle et de conception

• pour la simulation « off-line »

• pour le contrôle

– outils analytiques de planification de trajectoire