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Centre Universitaire AbdelhafidBoussouf -Mila Institut des Sciences et de Techn

Centre Universitaire AbdelhafidBoussouf -Mila Institut des Sciences et de Technologie Département de Sciences et Technologie NoRef :…………… Projet de Fin d’Etude préparé En vue de l’obtention du diplôme de MASTER Spécialité : Electromécanique Réalisé par : - BENZAID Haroun - MEDJDOUB Seyf Elislam Soutenu devant le jury : M. N. GUERFI Président Mme M. BENNIA Examinateur Mme F. MEDJANI Promoteur Année universitaire : 2020/2021 الجمهوريـة الجزائـريـة الديمقراطيـة الشعبيـة République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليــم العالـي والبحـث العلمـي Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Conception et modélisation d’un bras manipulateur Remerciements Mes remerciements vont en premier à ALLAH le tout puissant pour la volonté, la santé et la patience qu’il m’a données durant toutes ces longues années d’études et qui m’ont permis d’accomplir ce modeste travail. A notre promotrice Madame F. MEDJANI Maitre de Conférence au Centre Universitaire ABDELHAFID BOUSSOUF de Mila, pour leurs orientations, leurs précieuses aides et leur suivi permanent durant toute la période du projet Nous tenons à remercier particulièrement Mr N. GUERFI, pour l’intérêt qu’il a porté à ce travail et pour l’honneur qu’il nous fait en présidant le jury de ce Mémoire. Nous remercions particulièrement Mme M. BENNIA, pour avoir accepté d’être examinateur de ce Mémoire. À remercier vivement Mr T. KEZAI président d’Innovation Academy Mila, pour tous les conseils précieux, sa disponibilité et pour nous avoir guidés, encouragé et conseillé. Nos remerciements vont aussi à tous nos enseignants ainsi que toutes les personnes qui nous ont soutenus au cours de notre cursus universitaire, et qui ne cessent de nous donner conseils et encouragements. Enfin, un grand merci à tous nos chers amis qui nous ont encouragés tout le long de la réalisation de ce mémoire. Dédicaces Je remercier ALLAH le tout puissant de m’avoir donnée la force et le courage pour accomplir ce modeste travail. Je tiens à dédier ce mémoire À La mémoire de ceux que nous avons perdus « طهراً وغابت عن ادلنيا طاب منام أأمواتنا الطويل، ورمح هللا أأجسادمه اليت امتلأت » Mes très chers parents qui m'ont soutenu et encouragé durant toute la période de mes études et à qui je leur souhaite une longue et heureuse vie, que dieu les protège et me donne la force pour que je puisse leur rendre un petit peu de leur bienfait et leur bonté Mes très chers frères et mes très chères sœurs Toute ma famille Tous mes amis sans exception Que je les considère comme une autre famille Tous mes collègues de la promotion Tous ceux qui j’aime, et tous ceux qui m’aiment A la fin, je remercie tous ceux qui ont aidé de près ou de Loin à réaliser notre travail Seyf Elislam Dédicaces Je tiens à dédier ce mémoire À ma très chère mère et à mon très cher père, en témoignage et en gratitude de leurs dévouements, de leur soutien et de prières durant toutes mes années d'études, de leurs sacrifices illimités, leur réconfort moral, eux qui ont consenti tant d'efforts pour mon éducation. À mes très chers frères :abdou, adem . À mes très chères sœurs :manar , anfal. À mes amis :seyf , lokman ,fouzi ,amir ,younes ,mounir, mouad, houcin, fouad, adib, islam, touta. Que je les considère comme une autre famille. À tous ma promotion d’ELMC et mes amis de l’université. À mes enseignements. Et enfin, à tous ceux qui j’aime, et tous ceux qui m’aiment. Benzaid haroun Résumé : Le travail développé dans ce mémoire concerne la conception et modélisation d’un robot (bras manipulateur). Nous nous sommes intéressés à des robots manipulateurs rigides à chaîne cinématique ouverte. Nous avons étudié et conçu par SolidWorks un robot manipulateur à trois articulations. La première, liée à la base, est actionnée par un moteur pas à pas tandis que les autres sont motorisées aussi par des moteurs pas à pas et l'organe terminal motorisé par un servomoteur. Nous avons également établi les modèles géométriques et cinématiques (directe et inverse) que nous avons évalué par des simulations on MATLAB. Mots clés : Bras manipulateur, microcontrôleur, Chaine cinématique ouverte, Modèle géométrique, Modèle cinématique, MATLAB, SOLIDWORKS. Abstract : The work developed in this project concerns the design and modelization of a robot (manipulator arm). We studied and designed by SolidWorks a manipulator robot with three joints. The first, linked to the base, is driven by a stepper motor while the others are also motorized by stepper motors and the terminal organ motorized by a servomotor. We also interested in rigid manipulative robots with an open kinematic chain. We established the geometric and kinematic models (direct and inverse) that we evaluated by simulations on MATLAB. Key words: manipulator arm, microcontroller, open kinematic chain, geometric model, kinematic model, MATLAB, SOLIDWORKS. ص ــ خـ مل : يتعلق العمل الذي تم تطويره في هذه المذكرة بتصميم وإنتاج روبوت(ذراع مناور) .اهتمامنا هو ال روبوتات ال مناورة الثابتة ذات ال سلسلة ال حركية ال مفتوحة . لقد درسنا وصممنا بواسطةSolidWorks روبوت مناور بثالث مفاصل .األول المرتبط،بالقاعدة يتم تشغيله بواسطة محرك خطوة بخطوة بينما يتم تشغيل اآلخرين أيضًا بمحركات خطوة بخطوة والعضو الطرفي بمحرك مؤازر . كما أنشأنا النماذج الهندسية والحركية(المباشرة والعكسية ) التي قمنا بتقييمها عن طريق المحاكاة علىMATLAB . الكلمات المفتاحية: ،ذراع مناور متحكم ، سلسلة حركية، نموذج هندسي، نموذج حركي. Sommaire Liste des Abréviations Ⅰ Liste des figures Ⅱ Liste des tableaux Ⅴ Introduction Générale 1 Chapitre 1 : Généralités sur les robots 1.1. Introduction 3 1.2. Définition de la robotique 3 1.3. Définition d’un robot 3 1.4. Historique de la robotique 4 1.5. Type des robots 6 1.5.1. Robots mobiles 6 1.5.2. Robots manipulateurs 6 1.6. Constituants d'un robot 7 1.7. Classification des robots 10 1.7.1. Les manipulateurs 10 1.7.2. Les télémanipulateurs 11 1.7.3. Les robots 11 1.8. Mécanique des robots manipulateurs 12 1.9. Morphologie des robots manipulateurs 13 1.10. Caractéristiques d'un robot 16 1.11. Domaines d'applications 17 1.12. Conclusion 18 Chapitre 2 : conception d’un bras manipulateur 2.1. Introduction 20 2.2. Conception du robot 20 2.3. Partie mécanique 21 2.4. La Conception assistée par ordinateur (CAO) 23 2.4.1. SOLIDWORKS 14 2.4.1.1. Fonctionnement 24 2.4.1.2. Concepts de base 25 2.4.1.2.1. Pièce 25 2.4.1.2.2. Assemblage 25 2.4.1.2.3. Mise en plan 25 2.4.2. La conception de notre bras manipulateur avec SOLIDWORKS 26 2.4.2.1. Parties pièces 26 2.4.2.2. Partie de l’assemblage 31 2.4.2.3. Modèle 3D de notre bras manipulateur 32 2.5. Partie électronique 32 2.5.1. Moteur pas à pas 33 2.5.1.1. Moteur à aimant permanent 33 2.5.1.1.a. Fonctionnement 33 2.5.1.1.b. Caractéristiques 34 2.5.1.2. Moteur pas à pas à réluctance variable 35 2.5.1.2.a. Fonctionnement 35 2.5.1.2.b. Caractéristiques 36 2.5.1.3. Moteur hybride 37 2.5.1.3.a. Fonctionnement 37 2.5.1.3.b. Caractéristiques 37 2.5.2. Servomoteur 38 2.5.3. Microcontrôleur 38 2.6. Conclusion 43 Chapitre 3 : Modélisations d’un bras manipulateurs 3.1. Introduction 45 3.2. Description géométrique d’un bras manipulateur 45 3.3. Espace des coordonnées 46 3.4. Notations 46 3.5. Orientation d’un solide 47 3.5.1. Orientation d’un point appartenant au solide S 48 3.6. Transformation des repères 49 3.7. Matrices homogènes 50 3.8. Application de la matrice de transformation homogène 50 3.8.1. Matrice de transformation de translation 50 3.8.2. Matrice de transformation de rotation 51 3.9. Modélisation géométrique 54 3.10. Convention de Denavit-Hertenberg(DH) 54 3.11. Modèle géométrique direct 56 3.12. Modèle géométrique inverse 56 3.13. Modélisation du robot à commander 56 3.13.1. Modèle géométrique direct 56 3.13.2. Modèle géométrique inverse 59 3.14. Modèle cinématique direct 62 3.15. Modèle cinématique inverse 63 3.16. Simulation 64 3.16.1. La simulation du MGD et MGI 64 3.16.2. La simulation du modèle cinématique 65 3.17. Conclusion 67 Conclusion Générale 68 Références bibliographiques 69 Annexes Annexe A Annexe B Annexe C Liste des Abréviations I Liste des Abréviations D.D.L : Degré de liberté MCD : Modèle cinématique direct MCI : Modèle cinématique inverse MGD : Modèle géométrique direct MGI : Modèle géométrique inverse RAM : Mémoire vive ou mémoire pc (random access memory) CAO : Conception assistée par ordinateur Liste des figures II Liste des figures  Chapitre 1 : Généralités sur les robots Figure 1.1 : différents types des robots mobiles ………………………………………….6 Figure 1.2 : Robots manipulateurs : a) industriels, b) médical ……………………...….6 Figure 1.3 : Architecture d’un Robot manipulateur. …………………….……………..…7 Figure 1.4 : Représentation d’une articulation rotoïde …………………………………...8 Figure 1.5 : Représentation d’une articulation prismatique sus ses différentes formes. …8 Figure 1.6 : Chaine d’asservissement pour un robot manipulateur ……………………...10 Figure 1.7 : positionnement d'un solide dans l'espace …………………….……………..12 Figure 1.8 : mécanismes d'un bras manipulateur..……………………………..………....13 Figure 1.9 : morphologies de porteur ……………………….…………………………...14 Figure 1.10 : Différentes architectures des poignets …………………………………….15 Figure 1.11 : structure d'un manipulateur à poigné rotule ……………………………….16  Chapitre 2 : conception et réalisation d’un bras manipulateur Figure 2.1 : La structure d’un robot manipulateur ……………………………………….20 Figure 2.2 : Assemblage final des pièces sous SolidWorks ……………………………...21 Figure 2.3 : partie 2 du robot manipulateur ( segments ) ………………………………...22 Figure 2.4 : partie 1 du robot manipulateur (Le bâti) …………………………………….22 Figure 2.5 : La base rotative.……………………………………………………………...23 Figure 2.6 : organe terminale…………………………………………………….……….23 Figure 2.7 : Fenêtre principale de SolidWorks ………………………………….……….24 Figure 2.8 : Bas Sta. Plaque………………………………………………………..……...26 Figure 2.9 : l'arbre de base………………………………………………………….….....27 Figure uploads/Geographie/ memoire-master-2-conception-et-modelisation-d-x27-un-bras-manipulateur.pdf