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1 République Algérienne démocratique et Populaire Université des Sciences et de

1 République Algérienne démocratique et Populaire Université des Sciences et de la Technologie d’Oran « Mohamed Boudiaf » Année universitaire 2018-2019 Etude et réalisation d’un bras manipulateur type SCARA Présenté par : - BOUKLI HACENE Mohamed Farouk - HASSANI Mohammed El Amine Sous la direction de M. DELLA KRACHAI Mohamed, enseignant chercheur à l’université de l’USTO. Mémoire présenté le 01-10-2019. Devant un jury composé de : • M. LARBI • M. ZAGOUG 2 Résumé : Dans ce mémoire, nous proposons un bras manipulateur type SCARA à trois degrés de liberté (RRP) avec, comme effecteur, une pince. L’optimisation des systèmes de commande et de suivi du robot, basés sur des outils informatiques, mécaniques et de l’Automatique, a pour objectif une utilisation facile du bras manipulateur pour une variété de taches telle que « Pick and place » dans laquelle les SCARA excellent. ملخص في ،هذاالمشروع نقترح ذراع مناورمن نوع سكارة ذو ثالث درجات من الحرية )ددا( مع مشبك كجهاز طرفي يهدف تحسين أنظمة التحكم والتتبع في ،الروبوت استنادًا إلى أدوات في االعالم ،االلي الميكانيك ،واالليات إلى سهولة استخدام الذراع المناور في مجموعة متنوعة من المهام مثل "االنتقاء والوضع" لتي تتفوق فيها سكارة Abstract: In this thesis, we propose a manipulator arm type SCARA with three degrees of freedom (RRP) with, as effector, a clamp. Optimization of robot control and monitoring systems, based on computer, mechanical and automatic tools, aims at easy use of the manipulator arm for a variety of tasks such as "Pick and place" in which SCARA excels. Remerciement 3 Remerciement En premier lieu, nous remercions Dieu, le tout puissant, pour nous avoir donné la patience, la volonté et la force nécessaires pour achever ce travail. Nous souhaiterons adresser nos remerciements les plus sincères aux personnes qui nous ont apporté leur aide et qui ont contribué à l'élaboration de ce mémoire. Nous tenons d’abord à exprimer toute notre reconnaissance à notre directeur de mémoire, Monsieur DELLA KRACHAI Mohamed. Nous le remercions de nous avoir encadré, orienté, aidé et conseillé. Nous remercions messieurs les membres du jury pour avoir accepté de juger ce travail et qui ont pris de leurs temps pour le lire et le juger. Nous adressons nos sincères remerciements à tous les professeurs, intervenants et toutes les personnes qui par leurs paroles, leurs écrits, leurs conseils et leurs critiques ont guidé nos réflexions et ont accepté de nous rencontrer et de répondre à nos questions durant nos recherches. Nous remercions nos très chers parents qui ont toujours été là pour nous. Nous remercions nos grands-parents et nos frères et sœurs pour leur soutien constant et leurs encouragements. Enfin, nous remercions nos chers amis et collègues qui ont toujours été là pour nous. Leur soutien inconditionnel et leurs encouragements ont été très précieux et d’une grande aide. À tous ces intervenants, nous présentons nos remerciements, notre respect et notre gratitude. Enfin, nous tenons à remercier tous ceux que nous n’avons pas cités mais que nous n’avons pas oubliés pour autant et qui de près comme de loin nous ont aidé, soutenu et encouragé aux moments opportuns. A tous, un grand MERCI. Sommaire 4 Sommaire : Remerciement ........................................................................................................................................ 3 Sommaire : .............................................................................................................................................. 4 Liste des figures : ................................................................................................................................... 6 Introduction Générale : ........................................................................................................................ 8 Chapitre I : Les robots SCARA ......................................................................................................... 10 Historique : .......................................................................................................................................... 10 Définition : ....................................................................................................................................... 11 Les différentes taches du robot : .................................................................................................... 11 1- L’assemblage : ..................................................................................................................... 11 2- Pick and place : .................................................................................................................... 11 3- Gravure au laser ou dessin : ............................................................................................... 11 4- Impression 3D : .................................................................................................................... 11 5- Soudure : .............................................................................................................................. 12 Caractéristiques principales : ......................................................................................................... 12 1- Charge : ................................................................................................................................ 12 2- L’orientation : .................................................................................................................. 12 3- Vitesse et trajectoire : ...................................................................................................... 12 4- Environnement : .............................................................................................................. 13 5- Cycle de service : ................................................................................................................. 13 Objectifs : ......................................................................................................................................... 14 Conclusion : ..................................................................................................................................... 14 Chapitre II : Modélisation .................................................................................................................. 15 Introduction : ................................................................................................................................... 15 II.1. Modèle géométrique directe (MGD) : ................................................................................... 16 II.2. Modèle géométrique inverse (MGI) : .................................................................................... 17 II.3.les paramètres de Denavit‐Hartenberg (D-H) : ..................................................................... 18 Volume de travail (VT) : ................................................................................................................. 21 Volume engendré : ........................................................................................................................... 21 Conclusion : ..................................................................................................................................... 23 Chapitre III : Fabrication et simulation du robot SCARA ............................................................. 24 Introduction : ................................................................................................................................... 24 III.1. Partie mécanique : ................................................................................................................. 25 III.1.1. Sous systèmes de déplacement (X, Y et Z) : .................................................................. 25 Sommaire 5 III.1.1.4. Réalisation du robot : .................................................................................................. 30 III.2. Partie électronique : .............................................................................................................. 36 III.2.1. Système de commande : ................................................................................................. 36 III.3. Programmation : .................................................................................................................... 44 Conclusion : ..................................................................................................................................... 50 Conclusion Générale : ......................................................................................................................... 51 Bibliographie : ..................................................................................................................................... 52 Liste des figures 6 Liste des figures : Figure I. 1 Vue globale du robot en préhension ................................................................................... 14 Figure II. 1 Vue de profil du robot SCARA ......................................................................................... 15 Figure II. 2 représentation graphique simplifiée des deux bras en 2D ................................................. 16 Figure II. 3 Modèle du SCARA en vue des joints ............................................................................... 19 Figure II. 4 volume accessible par l’effecteur ..................................................................................... 22 Figure III. 1 Parties commande-contrôle et opérative du robot ........................................................... 24 Figure III. 2 Système de mouvement de glissement linéaire de l’axe z ............................................... 25 Figure III. 3 1e bras avec un système Figure III. 4 2e bras compatible ............................ 26 Figure III. 5 Schéma de fonctionnement d’un moteur pas à pas .......................................................... 27 Figure III. 6 Moteurs pas à pas utilisés dans ce projet ......................................................................... 28 Figure III. 7 servomoteur MG996R ..................................................................................................... 29 Figure III. 8 robot SCARA complet (assemblage final) sous SolidWorks .......................................... 33 Figure III. 9 Schéma de blocs du système ........................................................................................... 34 Figure III. 10 Signaux de sortie des systèmes de rotation ................................................................... 34 Figure III. 11 capture de l’animation du robot dans l’environnement Simulink ................................. 35 Figure III. 12 Système de commande électronique.............................................................................. 36 Figure III. 13 Microcontrôleur ATMega328 (carte Arduino) .............................................................. 37 Figure III. 14 le pilote (driver) A4988 ................................................................................................. 38 Figure III. 15 Mesure et réglage du courant limite IL .......................................................................... 39 Figure III. 16 Magnétomètre hmc8338 ................................................................................................ 40 Figure III. 17 Essais du module ........................................................................................................... 41 Figure III. 18 Fenêtre du port série d’Arduino affichant les coordonnées x-y-z et l’angle par rapport au nord. .................................................................................................................................................. 42 Figure III. 19 caméra USB ................................................................................................................... 43 Figure III. 20 capteur de fin de course ................................................................................................. 44 Figure III. 21 l’invite de commande indiquant l’écoute sur le port 3000 ............................................ 45 Figure III. 22 Node.js, principe de fonctionnement. ............................................................................ 46 Figure III. 23 Page web – fenêtre d’accueil ......................................................................................... 48 Figure III. 24 Page web – fenêtre de traçage ....................................................................................... 49 Figure III. 25 Page web – fenêtre de commande ................................................................................. 49 Figure III. 26 fenêtre pour la vidéo en direct ....................................................................................... 50 Liste des tableaux 7 Liste des tableaux : Tableau II. 1 : les Paramètres Denavit ‐ Hartenberg du manipulateur SCARA .................................. 18 Tableau II. 2 : Paramètres du manipulateur SCARA ........................................................................... 18 Tableau II. 3 : les Paramètres Denavit ‐ Hartenberg du manipulateur SCARA (2D) .......................... 20 Tableau II. 4 : paramètres du robot pour le calcul du VT .................................................................... 21 Tableau III. 1 : caractéristiques des moteurs utilisés ........................................................................... 28 Tableau III. 2 : caractéristiques du servomoteur MG996R ................................................................. 29 Tableau III. 3 : les pièces utilisées dans le projet sous SolidWorks .................................................... 31 Tableau III. 4 : Les sous-assemblages constituant l’assemblage final................................................. 32 Tableau III. 5 : Caractéristiques du module HMC8338....................................................................... 40 Introduction Générale 8 Introduction Générale : Les systèmes robotiques représentent en principe de nouveaux moyens techniques pour un processus de production complexe en automatisation. Le travail manuel peut être totalement éliminé par leur utilisation, à la fois dans les opérations technologiques de base et auxiliaires. Le problème de manipulation d’objets est l’un des sujets de recherche qui passionnent depuis longtemps les chercheurs en robotique. Résoudre des problèmes de manipulation de robots nécessite de raisonner sur le monde physique et de s'appuyer sur des principes mathématiques fondamentaux. En même temps, on peut s’inspirer des capacités impressionnantes de manipulation des organismes biologiques. Par l'action du système de contrôle automatique du robot, ses manipulateurs effectuent souvent des mouvements similaires à ceux des bras humains. On retrouve ces robots manipulateurs 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), hautes températures, fortes radiations, …etc. Les systèmes de contrôle du robot sont facilement commutables sur différents types d'opérations. De cette manière, les robots industriels représentent des machines polyvalentes, répondant aux exigences contemporaines de l'automatisation flexible de la production et de la réalisation de technologies économiques. Selon le type de tâche et le secteur d’application, le robot aura une architecture mécanique et un système de commande-contrôle différent. Les robots manipulateurs ont remplacé l’homme dans beaucoup de tâche en industrie manufacturière. Ils copient les mécanismes de préhension humaine pour effectuer des actions diverses. Les bras mécanisés des robots de chaînes de montages sont souvent munis de pinces, à deux doigts ou plus, à forte capacité de préhension (mobilité et force de pression accrues). Le cahier des charges attribué consiste à : - Modéliser mécaniquement un robot SCARA. uploads/Geographie/ republique-algerienne-democratique-et-po 1 .pdf