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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l'enseignement sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Hadj–Lakhdar Faculté des Technologies Département Génie Industriel MÉMOIRE DE MAGISTER Présenté au Laboratoire d’Automatique et Productique En vue de l’obtention du diplôme de MAGISTER Spécialité: Génie Industriel Par DJOUGGANE Fadhila Ingénieur en Génie Industriel Thème : Devant le jury composé de : Dr .M. D. MOUSS MC Université de Batna Président Dr .H.MELAKHESSOU MC Université de Batna Rapporteur Dr. H.DJBAILI Pr pôle universitaire Khenchela Examinateur Dr. A.ASSAS MC Université de Batna Examinateur Année universitaire 2011-2012 ETUDE ET CONCEPTION D'UN ROBOT MANIPULATEUR POUR L'ENMTP REMERCIEMENTS En premier lieu, je remercie Dieu, le tout puissant, pour m’avoir donné, la patience, la volonté et la force nécessaires pour achever ce travail. J’adresse mes sincères remerciements et à exprimer toute ma Gratitude à Mme H. Melakssou d’avoir accepté de rapporter ma thèse. Merci pour vos conseils votre disponibilité et soutien dans les moments délicats. Je remercie le président pour avoir accepté de juger ce travail, et les membres du jury qui ont pris de leurs temps pour lire, juger ce travail. Mes vifs remerciements vont également au Dr L.H.Mouss Directrice du LAP, (Laboratoire d’Automatique et Productique) du département de Génie Industriel de l’université de Batna Je tiens à remercier ma petite famille que j’aime énormément et que je remercie chaleureusement du fond du cœur, d’avoir supporté mon absence durant tous ces années de thèse et qui m’a soutenu à chaque moment difficile de ma vie Enfin, je tiens à remercier tous ceux que je n’ai pas cités mais que je n’ai pas oubliés pour autant et qui de près comme de loin m’ont aidé, soutenu et encourager aux moments opportuns. A tous, un grand MERCI! Dédicaces Je dédier ce travail à la mémoire de mon père et aux fidèles familles voir (figure 0.1) Merci à……. Pour la disponibilité et les aident Ma mère Pour leur soutien et pour m’avoir Mon époux donné le goût d’apprendre Mes sœurs Pour les encouragements infinis Mes frères Pour les blagues et les spontanéités à rendre service Mariam et hadami Ma réussite est aussi la votre Tous les gens que j’aime De m’avoir donné confiance en moi Figure 0.1 - Merci aux fideles famille djouggane fadila Sommaire Table des matières................................................................................................... ….. i Liste des figures. ..................................................................................................... … iv Introduction générale .............................................................................................. …..1 CHAPITRE I : Etude bibliographique sur les robots industriels I.1. Introduction ......................................................................................................................... 3 I.2. Définition d’un robot ……………………………………………………………………………………………………..5 I.3. Constituants mécaniques du robot………………………………………………………………………………...6 I.3.1 La Structure Mécanique Articulée ………………………………………………………...…. ..7 I.3.2. L’effecteur…………………………………..…………………….…...…………….…..…...............9 I.4. L’effecteur dans les robots manipulateurs …………………………………………..……………………...10 I.4.1 Classification des effecteurs ……………………………………………...……………....…...10 I.4.1.1 Les outils…………..……………………………….…...……………....…...............................10 I.4.1.2. Les organes de préhension……………………….……………......…............................10 I.5. Les Pinces ………………………………….…….…………………………………..……………..……………..……....11 I.5.1 Type de pinces ……………….……………………………………...……………....…..................12 I.5.2. Le dimensionnement des pinces ……………………..…….………………...………………...14 I.5.3. Mécanismes de préhension………….………………………..………………......................16 I.5.4. Actionneurs de l’effecteur………….………………………….………………...………………….21 I.6. Conclusion ………………………………….…….………………………………..………………………................22 CHAPITRE II : Modélisation des bras manipulateurs II.1. Introduction...……………………………...………………………………………………... .......................23 II.2. Modèle géométrique direct..…………………………………………………………... ......................23 II.2.1. Calcul du MGD……………………………………………………………………………………………..24 II.3. Modèle géométrique inverse MGI..………………………………….... ………...........................25 II.3.1. Problèmes du modèle géométrique inverse ………………………………………………..26 II.4. Modèle cinématique direct ……………………………...…... ................................................27 II.5. Modèle cinématique inverse...………….... ………………………………………………………………..28 II.6. Modèle dynamique direct..…………………………………………... .........................................28 i II.7. Modèle dynamique inverse...……………….……………... ……………………………………………….28 II.7.1. Problèmes du modèle dynamique....………………………………………... ……………..29 II.8. Statique des robots..…….…………………... ………………………………………………………………….29 II.8.1. Elaboration du modèle statique …………….…………………………... ……………………30 II.9. Conclusion...….………………………………... ……………………………………………………………………30 CHAPITRE III : Application III.1. Introduction ………………………...…….…………….…………………………………………………………. 31 III.2. Principe de fonctionnement du four de traitement thermique.……………………………..32 III.3. Les taches à effectuer par l’opérateur……………….………………..................................... 35 III.4. Problématique.…………………………………….……........................ …………………………………..36 III.5. Analyse fonctionnelle……….........................................................................................37 III.5.1 Contraintes de fonctionnement .……..…………..…………………………….……..……..37 III.5.2 structure du bras .…………………………….............................................................39 III.5.3 Diagrammes fonctionnels …………………………………….......................................40 III.5.4 modèle géométrique direct………………………………………………………………………..43 III.5.5 Diagramme des interacteurs (Diagramme pieuvre)……………………………………..45 III.6 Analyse fonctionnel interne ..……………………………………….……………………………………….46 III.6.1. Diagramme FAST partiel du bras manipulateur …..…………………………………….46 III.7. La Maîtrise d’objets par une pince …………………...…....…….…………………...…....………….47 III.7.1. Modèle de contact …………………………………..…………………………………………………48 III.7.2. Types de contact..…………………..…………………………………………………………………..48 III.7.3 Torseur de la prise et axe central…………………………………………………………………49 III.8. Stabilité des prises ….…..……………………………………………………………………………………….52 III.8.1. Force-closure ……………………………………….…..……………………………………………..52 III.8.2 Conditions d’équilibre et de force-closure……………………................................53 III.9. Application aux pièces de forme cylindrique …….……………………………………………………53 III.9.1 La pince angulaire ……………………………………………………………………………………….53 III.10. Explication graphique de force-closure..….…..…………………………………………………........59 III.11. Cas de trois points de contacts …………………………...………….…..….................................60 III.12. Algorithmes de vérification de la fermeture en force ………………………..………….…..…..62 III.13. Conclusion…………………………………………………………………..............................................63 ii Conclusion générale……………………………………………………………………………………………………………64 Bibliographie Annexes LISTE DES FIGURES CHAPITRE I : Etude bibliographique sur les robots industriels Figure I.1. Manipulation de pièces à haute température...…...…………………...3 Figure I.2. Manipulation de pièces incandescentes ...…………………….……....4 Figure I.3. Le canadarm2 de la station spatiale internationale ..……………….....4 Figure I.4. Parties commande-contrôle et opérative du robot………………….....5 Figure I.5. Constituants mécaniques du robot………………………….………....6 Figure I.6. Différents composants du robot…………..…………………………...6 Figure I.7. Principales architectures du porteur. ...……………………..………....7 Figure I.8. Représentation du volume de travail………………………..…...…....8 Figure I.9. La structure mécanique articulée………………………...…..……..…8 Figure I.10. Types de chaînes……………………………………………………....9 Figure I.11. Outil de soudure et préhenseur………………………...……...……...10 Figure I.12. Mode de préhension…………………………………………………..11 Figure I.13. Nomenclature d’une pince………………………………………...….11 Figure I.14. Type de pinces………………………………………………………...12 Figure I.15. Limites d’utilisation des pinces à ouverture angulaire………………..12 Figure I.16. Exemple : pinces à ouverture angulaire……………………………….13 Figure I.17. Serrage intérieur et extérieur…………………………………….........14 Figure I.18. Dégagement complet des doigts de la pince à ouverture totale……….14 Figure I.19.a. La préhension par obstacle………………………………...………...15 Figure I.19.b. La préhension par adhérence……………..…………………...…......15 Figure I.20.a. Préhension par constriction universelle………………..……….……15 Figure I.20.b. Limite de la constriction …………………………………..………..15 Figure I.21. Préhension par constriction dédicacée……………………………....16 Figure I.22. Prises bilatérales………………………………………………....…..17 iii Figure I.23. Système pignon crémaillère………………………………………....17 Figure I.24. Système vis écrou……………………………………………...……18 Figure I.25. Déplacement des deux mâchoires de la pince……………………....18 Figure I.26. Système s’adaptant à la forme de l’objet……………………..….....18 Figure I.27. Ventouses à vide………………………..………………………..…19 Figure I.28. Ventouses agnétiques…………………………….………………... 20 Figure I.29. Mécanismes de transmission ……………………………....……….21 CHAPITRE II : Modélisation des bras manipulateurs Figure II.1. SMA paramétrée. .......................................................................... …24 Figure II.2. Description schématique des différents référentiels ..................... …26 Figure II.3 Exemple d’un Modèle cinématique direct .................................... …27 Figure II.4 Modèle cinématique inverse ......................................................... …28 CHAPITRE III : Application Figure III.1. Produit de l’entreprise. .................................................................. …31 Figure III.2. Four à sole tournante pour le traitement thermique ...................... …32 Figure III.3. Schéma de la sole tournante ………………………………………..33 Figure III.4. Exemple de pièce nécessite traitement thermique …………..….….34 Figure III.5. Séquence des taches effectuées par l’opérateur ............................ .....35 Figure III.6. Placer et retirer les petites pièces …………………………………..36 Figure III.7. Placer et retirer les grandes pièces …………………………….... …36 Figure III.8. L’opérateur en face de la flamme ................................................. ....36 Figure III.9.a. Limites d’élasticité pour l’acier ..………..…………………...…....37 Figure III.9.b. Module d’élasticité de l’acier…….…………….…………...………37 Figure III.10. Schéma de l’espace de travail du bras.. ........................................ ....38 Figure III.11. Espace de travail du robot RPP ..................................................... ....39 Figure III.12. Grafcet Charger et décharger la pièce ........................................... ....40 Figure III.13. Schéma cinématique du manipulateur .......................................... ....41 Figure III.14. Le bras manipulateur proposé ....................................................... ....42 Figure III.15. Mouvement linéaire de la base ..................................................... ....42 Figure III.16. Système de transmission du mouvement linéaire ......................... ....43 iv Figure III.17. Système de transmission du mouvement linéaire ......................... ....43 Figure III.18. Porteur cylindrique avec les repères DH ...................................... ....44 Figure III.19. L’espace de travail ........................................................................ ....44 Figure III.20. Diagramme des interacteurs .......................................................... ....45 Figure III.21. Diagramme FAST partiel du bras manipulateur .......................... ....46 Figure III.22. Informations nécessaire pour déterminer une prise ...................... ....47 Figure III.23. Les trois types de contact .............................................................. ....48 Figure III.24. Cône de frottement et contact entre l’objet et le doigt .................. ....49 Figure III.25. (a) Paramètres θ1 et θ2 pour une droite ∆g du plan. ...................... ....51 Figure III.25. (b) Représentation des droites dans le plan θ1, θ2.. ...................... ....51 Figure III.26. Types de Prise ............................................................................... ....52 Figure III.27. Différence entre les pinces parallèle et angulaire ......................... ....53 Figure III.28. L’inconvénient des pinces angulaire ……….……………………....53 Figure III.29. Maitrise des pièces dans le plan et dans l’espace …………………..54 Figure III.30. Configuration pertinente à l’étape de contact ............................... ....55 Figure III.31. Graphe générale de la force proximale en fonction de l’orientation des doigts de la pince .......................................................................... ....55 Figure III.32. Effet du diamètre du cylindre sur la force de serrage ................... ....56 Figure III.33. Maitrise de pièce en fonction du diamètre …..……………………..57 Figure III.34. Force de la pince sur la pièce ........................................................ ....58 Figure III.35. Évolution de la force de frottement en fonction de la force Fe agissant sur le système ................................................................................ ....58 Figure III.36.a. Prises planes à 2 points de contact. force-closure………..………..59 Figure III.36.b. Prises planes à 2 points de contact non force-closure…..………....59 Figure III.37. Représentation de l’espace des torseurs associés aux prises de la (figure III.36) …………………….………………………………..…60 Figure III.38. Position des axes centraux dans le plan ....................................... ....60 Figure III.39. Prise spatiales à 3contacts : a) force-closure, b) non force-closure...79 Figure III.40. Représentation de l’espace torseur pour les prises de la (figure III.39).. ……………………………………………….......61 Figure III.41. Position des axes centraux dans le plan .......................................62 Figure III.42. Position des axes centraux dans l’espace ...................................... ....62 Figure III.43. Organigramme de l’algorithme de force-closure……………….…..64 v vi INTRODUCTION GENERALE Introduction générale INTRODUCTION GENERALE Le problème de manipulation d’objets est l’un des sujets de recherche qui passionnent depuis longtemps les chercheurs en robotique. Les robots assurant cette tâche s’appellent les robots manipulateurs. On les retrouve dans les chaînes de production dans l’industrie d’automobile et l’industrie électronique ou dans les milieux hostiles ; les milieux à haute pression (milieux sous-marin), basse pression (l’exploration spatiale), uploads/Geographie/ inj-djouggane-fadhila.pdf