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الجمهورية الديمقراطية الشعبية الجزائرية République Algérienne Démocratique et P

الجمهورية الديمقراطية الشعبية الجزائرية République Algérienne Démocratique et Populaire Département du second cycle En vue de l’obtention du diplôme d’ingéniorat d’état Filière : Electrotechnique Spécialité : Traction électrique Thème : Soutenu publiquement, le : 02/09/2020, Devant le Jury composé de : Dr. AISSIOU Mohamed……… …………………. …………..…… Président Dr. HAMACHE Amar……………………………………...….….…Encadreur Dr. SLIMANI Dalila……………………………………...….………Co-encadreur Dr. KABI Wahiba……………………………. ………………… ….Examinateur Binôme N° : 18/PFE. / 2020 Modélisation et Commande d’un Robot Industriel de Type SCARA à Trois degrés de Liberté Mémoire de Fin d’Etudes Présenté par : BAAZIZI Yasmine Et par : MEROUANE Naim :……………………….. Encadré(e) par : Dr. HAMACHE Amar Co-encadré(e) par : Dr. SLIMANI Dalila وزارة التعليم العالي والبحث العلمي المدرسة ال عليا في ا لعلوم الت قية ي طب ب الجزائر Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Supérieure des Sciences Appliquées d'Alger DEDICACES Je tiens à remercier avant toute chose la personne qui n’a cessé de me soutenir, de croire en moi, de veiller à ma réussite depuis mon plus jeune âge, à qui je dois ce que je suis devenue aujourd’hui, et ce que je deviendrai dans le futur, ma précieuse mère « Samia Aidouni ». Je dédie ce travail À mon défunt père que j’espère fier de moi, que dieu l’accueille dans son vaste paradis. A mes frères et sœurs Yahia, Ismahane et Meissa. A ma meilleure amie Maroua qui n’a jamais cessé de croire en moi. A mon amie Amani pour son aide précieux. Je tiens à remercier mon Ami/binôme Merouane Naim sans qui ce travail n’aura pas eu lieu. Pour son sérieux et persévérance tout au long du projet. BAAZIZI Yasmine Dédicaces Je dédie ce modeste travail Aux deux merveilleuses âmes qui m’ont donné vie et qui n’ont depuis cessé de donner sens à ma vie, mes parents, Youcef et Hassiba que Dieu les garde inchallah. A ma grand-mère, Sakina « Titis », le pilier de la famille, celle qui m’a élevé pendant les cinq premières années de ma vie tout en étant chaque jour aux petits soins avec moi. A mon grand-père, Lies « Baba », la sagesse incarnée, celui avec qui les conversations sont certes courtes mais ont beaucoup de sens, et celui qui a depuis toujours gardé un œil sur moi. Il est et restera à jamais un exemple à mes yeux. A ma petite sœur que j’aime taquiner, Ahlem, celle avec qui les rires sont spontanés et c’est aussi avec elle que je peux exprimer mes opinions en toute franchise et avec assurance. A tata Karima paix à son âme, son sourire restera à jamais gravé dans ma mémoire, certes partie trop vite mais pour un monde meilleur, qu’Allah l’accueille dans son vaste paradis, amine ! A l’unique promo de 2017/2020 d’Electrotechnique option traction électrique, cette promo compte autant de talents que d’esprits innovants et créatifs, les moments passés ensemble ne seront jamais oubliés. A ma très chère amie et binôme, Yasmine, avec qui le travail fut très plaisant, sans qui ce projet n’aurait eu lieu, je tiens particulièrement à la remercier pour son écoute, sa franchise et son sens hors-pair de l’analyse. A toute personne ayant contribué de près ou de loin à la réalisation de ce projet. MEROUANE Naim Remerciements Au terme de ce travail, Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude à notre cher professeur et encadrant M.Hamache, pour sa patience, sa disponibilité, son aide, et surtout ses judicieux conseils qui n’a cessé de nous prodiguer tout au long de période du projet. Nous adressons également nos remercîments à notre encadreuse Mme Slimani, pour ses écrits et conseils qui ont guidé nos réflexions pour le bon déroulement de ce travail. Nous remercions les membres du jury qui nous ont fait l’honneur d’examiner notre travail. Nos remercîments vont à tous nos professeurs et personnel de l’Ecole Supérieure des Sciences Appliquées d’Alger Merci à toute personne ayant contribué de près ou de loin à la concrétisation de ce projet. Table des figures Table des figures : Figure 1.1 : Robot le Stanford Arm Figure 1.2 : Statistiques d’utilisation de robot industriel pour 10 000 employés an 2018 Figure 1.3: Symbole d’articulation pivot et prismatique Figure 1.4 : Chaine cinématique ouverte Figure 1.5 : Chaine cinématique arborescente Figure 1.6 : Chaine cinématique fermée Figure 1.7 : Structure d’un robot RRR Figure 1.8 : Structure sphérique d’un robot Figure 1.9 : Structure d’un robot SCARA Figure 1.10 : Structure d’un robot RPP Figure 1.11 : Structure d’un robot PPP Figure 2.1 : Structure articulée du robot HBM Figure 2.2 : Apposition des repères au robot HBM dans sa configuration initiale Figure 2.3 : Position du centre de masse d’un segment à symétrie axiale Figure 3.1 : Trajectoire désirée sous forme de spirale conique d’Archimède Figure 3.2 : Loi horaire de type Bang-Bang avec palier de vitesse de l'angle de balayage ( ) t  Figure 3.3 : Loi horaire de type Bang-Bang avec palier de vitesse de la hauteur ( ) t  Figure 4.1 : Schéma global du robot et de son système de commande Figure 4.2 : Réponse du système en situation saine (I= 23.1%) Figure 4.3 : Réponse du système en situation de défaillance (I=26.90 %) Liste des tableaux : Tableau 2.1 : Paramètres de Denavit-Hartenberg du robot SCARA Sommaire Résumé……………………………………………………………………………………. Introduction générale……………………………………………………………... Chapitre I : Généralités sur la robotique 1.1. Introduction……………………………….………………………………..2 1.2. Bref historique de la robotique industrielle ………………….…………… 2 1.3. Constituants mécaniques d’un robot manipulateur …………………….… 4 1.4. Classification structurelle des robots manipulateurs ………………….….. 7 1.5. Classification par méthode de commande……………………….………... 9 1.6. Définitions générales ..……………………………………………………10 1.6.1. Degrés de liberté ………………………………………….....10 1.6.2. Espace de travail d’un manipulateur………………………....10 1.6.3. Espace articulaire ………………………………………………..11 1.6.4. Espace opérationnel ………………………………………...11 1.6.5. Répétabilité…………………………………………………..11 1.7. Différentes modélisations d’un robot manipulateur ……………..………..11 1.7.1. Modèles géométriques direct et inverse ……………………..12 1.7.2. Modèles cinématiques direct et inverse …………………….12 1.7.3. Modèle dynamique ………………………………………….13 1.8. Conclusion…………….…………………………………………………..13 Chapitre II : Modélisation de la structure mécanique articulée du robot 2.1. Introduction ………………………………..……………………………….14 2.2. Structure du robot étudié…………………………………….……………...14 2.3. Apposition des repères et paramètres géométrique de Denavit-Hartenberg .15 2.4. Matrices de transformation homogène entre repères ………….……...……17 2.5. Modèles géométriques direct et inverse ……………………………………18 2.6. Modèles cinématiques direct et inverse ………….…………...……………19 2.7. Modèle dynamique …………………….…………………………………...21 2.7.1. Energie potentielle du robot ……………..….……………..22 2.7.2. Energie cinétique du robot ………………...………………24 2.7.3. Formalisme d’Euler-Lagrange ………………...…………. 26 2.8. Conclusion …………………………………………………………………27 Chapitre III : Génération de la trajectoire de référence 3.1. Introduction ……………………………………….……………………...29 3.2. Définition de la trajectoire …………………………….………………….29 3.3. Génération de la trajectoire désirée ……………….……………………...29 3.4. Evolution des paramètres de la trajectoire par la loi horaire de type Bang- bang avec palier de vitesse ………………………………………………….31 3.5. Génération de la trajectoire ……………….……………………………....35 3.6. Conclusion………………………….……………………………………..36 Chapitre IV : Commande de mouvements 4.1. Introduction……………………………………………………………… 37 4.2. Objectif ………………………………………………………………….. 37 4.3. Stratégie de commande des mouvements ……………………………….. 37 4.4. Commande linéarisante par retour d’état non linéaire (computed torque) . 38 4.5. Synthèse de la loi de commande par couple calculé ……………….........39 4.6. Simulation et discussion……………………….………………………….43 4.7. Conclusion ………………………….…………………………………….50 Conclusion générale ……………………………………………….……………….. ملخّص: يهدف هذا العمل إلى نمذجة والتحكم في روبوت من نوع ذراع آلية ة صلب بثالث درجات من الحرية. الهيكل المدروس هو من نوع SCARA ذوي المفاصل: دوراني–خطي-خطي. تم حساب نماذج الروبوت بشكل،تحليلي وتم إنشاء المسار المطلوب في شكل دوامة أرخميدس المخروطية باتباع الق انون الزمني بانج بانج مع خطوة السرعة. في ال نهاية، تمت محاكات التحكم الخطي بعودة الحالة ال ،غير خطية الذي يطلق عليها أيضا ب عزم الدوران المحسوب، في حالة سليمة وفي حالة،خلل من أجل دراسة متانة عنصر التحكم. :الكلمات األساسیة ذراع آلية ، SCARA ، ،النمذجة ،التحكم ت خطيط،المهام توليد المسار. Abstract: This work aims to model and control a rigid manipulator robot with three degrees of freedom in task space. The structure studied is a SCARA manipulator with revolute- prismatic-prismatic (RPP) joints. The three models of the manipulator were analytically calculated, in order to follow the desired trajectory which is an Archimedes' conical spiral. The trajectory was then generated by following the bang-bang time law with speed step. At the end, the linearization control by nonlinear state loop, also called calculated torque control, was simulated both in normal and failure situations, in order to study the robustness of the control. Keywords: Manipulator robot, SCARA, modeling, control, task planning, trajectory generation. Résumé : Ce travail a pour but la modélisation et la commande d’un robot manipulateur rigide à trois degrés de liberté. La structure étudié est de type SCARA aux articulations : rotoïde- prismatique-prismatique (RPP). Les modèles du robot ont été calculées analytiquement, la trajectoire désirée sous forme de spirale conique d’Archimède a été générée en suivant la loi horaire bang-bang avec palier de vitesse. A la fin, la commande linéarisante par retour d’état non linéaire, appelé aussi commande par couple calculé a été simulée, en situation saine et en situation de défaillance, afin de d’etudier la robustesse de la commande. Mots clés : Robot manipulateur, SCARA, modélisation, commande, planification de tâches, génération de la trajectoire. Introduction générale L’homme a longtemps eu recours aux machines pour accomplir ses tâches les plus complexes, et ce en usant de ses découvertes pour façonner son environnement, uploads/Geographie/ pfe-18.pdf