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الج ــــ ـــم ــ ـه ــ ـوريـ ـــ ــة الج ــــ ــزائـــ ري ــة الديم ــــ ـــقـــراطــ يـ ــة الـــش ـ ـــــعـــب ــة ـ ـي ـ REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE وزارة التـــــــــــــــعــــــليـــــــــم العـــــالي والبــــــحث العــــــــــلــــــمــــــــــــي Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique جــــامعة أبي بــكـــــــــــر بــــلــــقـــــــايــد– تـــــــلمســـــــــــــــــــــــــــان– Université Aboubakr Belkaïd – Tlemcen – Faculté de TECHNOLOGIE MEMOIRE Présenté pour l’obtention du diplôme de MASTER En : Génie Mécanique Spécialité : Construction Mécanique Par: Mr BELAID Issam Eddine Mr AZZOUZ Youcef Sujet Soutenu publiquement, le 25 juin 2018, devant le jury composé de : Mr BELALIA SM MC-A Univ. Tlemcen Président Mr CHORFI SM MC-A Encadrant Mr SERDOUN N MC-B Co- Encadrant Mr HAMZA CHERIF SM MC-A Examinateur 1 Mr BELKAID M MA-A Examinateur 2 2017/2018 ETUDE ET REALISATION D’UN BRAS MANIPULATEUR DE TYPE R-P Remerciement Tout d’abord, nous tenons à remercier DIEU le miséricordieux de nous avoir donné la possibilité de réaliser notre projet, d’arriver à notre souhait et d’atteindre notre objectif. Nous aimerions dans ces quelques lignes remercier toutes les personnes qui d’une manière ou d’une autre, ont contribué au bon déroulement de notre travail, tout au niveau humain qu’au niveau scientifique. Nous tenons tout d’abord à remercier notre encadreur Mr. CHORFI SIDI MOHAMMED et Co-encadreur Mr. SERDOUN NADJIB qui nous ont permis de bénéficier à la fois de leurs compétences scientifiques et de leurs disponibilité, tant pour résoudre les difficultés rencontrées lors de la réalisation de notre projet ou pour répondre à nos questions. Nous le remercions aussi pour leurs patiences et encouragements ce qui nous a permis de travailler dans de bonnes conditions. Grand remerciement à Mr Abdeljalil qui nous a ouvert la porte de son atelier. Nos remerciements s’adressent également à tous les membres de jury qui ont accepté de nous honorer de leur présence et de juger notre travail merci. Et à toutes personnes ayant contribué de près ou de loin à notre soutien moral. Dédicace A mon Père, mon premier encadreur depuis ma naissance ; A ma chère Mère, quelle trouve ici l’hommage de ma gratitude, si grande quelle puis être, ne sera la hauteur de ses sacrifices et ses prière pour moi ; A mes chers frères et sœur, Mohammed ; Meriem et mon frère jumeaux Hamza, à qui je souhaite beaucoup de réussite et de bonheur ; A toute ma famille en témoignage de mon profond respect ; A tous mes amis de la faculté de technologie de Tlemcen, mes amis Salim, Sofiane, Ibrahim et mon binôme Issam; A tous ce que j’aime et qui m’aiment : qu’ils trouvent ici l’expression de mes sentiment les plus dévoués et mes vœux les plus sincères ; Que dieu le tout puissant vous préserve et vous procure sagesse et bonheur ; A tous qui a participé à la réussite de ce modeste travail de près ou de loin. Youcef Dédicace A mon Père, mon premier encadrant depuis ma naissance ; A ma chère Mère, quelle trouve ici l’hommage de ma gratitude, si grande quelle puis être, ne sera la hauteur de ses sacrifices et ses prière pour moi ; A mes chers frères et sœur, Mouad ; Hroune et Zineb , à qui je souhaite beaucoup de réussite et de bonheur ; A toute ma famille en témoignage de mon profond respect ; A tous mes amis de la faculté de technologie de Tlemcen, mes amis Yacine, Nadir, Salah, Taha, Abdsamad et mon binôme Youcef et spécialement à ma fiancé Ahlem et sa familles; A tous ce que j’aime et qui m’aiment : qu’ils trouvent ici l’expression de mes sentiment les plus dévoués et mes vœux les plus sincères ; Que dieu le tout puissant vous préserve et vous procure sagesse et bonheur ; A tous qui a participé à la réussite de ce modeste travail de près ou de loin. Issam Eddine Résumé Les bras manipulateurs comme classe importante des robots industriels ont marqué leur présence exigée pour une variété de champ industriel, médical, nucléaire, aéronautique et d’autres. La conception de tel type de robot nécessite la contribution de plusieurs disciplines et touche de nombreux domaines de connaissance. La part de la mécanique reste la grande part dans cette contribution. L’objet de ce travail est la conception et réalisation d’un bras manipulateur. La modélisation géométrique tridimensionnelle est réalisée à l’aide du logiciel SOLIDWORKS. Elle est suivie par une mise en plan bidimensionnel des différentes pièces constituants le robot. La partie commande du robot est aussi entamée. Un ensemble de pièces, procurées du marché, ou récupérés de machine usée, d’autre usinées sont assemblées afin de concrétiser la modélisation géométrique tout en optimisant le coût. Le robot réalisé est dédié aux étudiants de graduation afin de mettre en œuvre leurs connaissances théoriques comme il ouvre de nouvelle perspective de recherche, dans le domaine de la robotique. Mot clé : robot, CNC, bras manipulateur, crémaillère, engrenage, moteurs pas à pas, conception assistée par ordinateur. Summary Manipulator arms as an important class of industrial robots have marked their presence required for a variety of industrial, medical, nuclear, aeronautical and other fields. The design of this type of robot requires the contribution of several disciplines and touches many areas of knowledge. The part of the mechanics remains the great part in this contribution. The object of this work is the design and realization of an R-P manipulator arm. Three-dimensional geometric modeling is performed using the SOLIDWORKS software. It is followed by a two-dimensional layout of the various components of the robot. The control part of the robot is also started. A set of parts, procured from the market, or recovered from used machinery, other machined are assembled to concretize the geometric modeling while optimizing the cost. The realized robot is dedicated to graduation students in order to implement their theoretical knowledge as it opens up a new research perspective, in the field of robotics. Keyword: robot, CNC, manipulator arm, rack, gear, stepper motors, computer-aided design. ملخص تميزت أذرع المناور كفئة مهمة من الروبوتات الصناعية بوجودها المطلوب لمجموعة متنوعة من المجاالت الصناعية والطبية والنووية والطيران وغيرها .يتطلب تصميم هذا النوع من الروبوت مساهمة العديد من التخصصات و يالمس العديد من مجاالت المعرفة .الجزء من الميكانيكا بقى ي الجزء األكبر في هذه المساهمة .الهدف من هذا العمل هو تصميم وتحقيق ذراع مناولة R-P. يتم تنفيذ النمذجة الهندسية ثالثية األبعاد باستخدام برنامج SOLIDWORKS. ويتبعه تخطيط ثنائي األبعاد للعناصر المختلفة للروبوت .كما بدأ جزء التحكم في الروبوت .يتم تجميع مجموعة من ،األجزاء م يت شراؤها من ،السوق أو يتم استردادها من اآلالت ،المستخدمة وغيرها من اآلالت لتجميع النماذج الهندسية مع تحسين التكلفة. إن الروبوت المتحقق مكرس لطالب التخرج من أجل تطبيق معرفتهم النظرية ألنه يفتح منظور بحث ،جديد في مجال الروبوتات. الكلمات المف:تاحية الروبوتCNC, ، ذراع مناور ، الرف ، والعتاد ، محركات السائر ، التصميم بمساعدة الكمبيوتر. 4 TABLE DES MATIERES Table des matières .................................................................................................................... 4 Liste des figures ........................................................................................................................ 7 Liste des tableaux ................................................................................................................... 10 Introduction générale ............................................................................................................. 11 CHAPITRE I : généralité sur les robots manipulateurs. 1.1 Introduction ........................................................................................................................ 13 1.2 Définition .......................................................................................................................... 13 1.2.1 Robot Institute of America ................................................................................. 13 1.2.2 Association Japonaise de Robotique Industrielle ................................................ 13 1.2.3 L’association Française de Robotique Industrielle (AFRI) ................................ 13 1.2.4 International Standard Organization (ISO ........................................................... 13 1.3 Classification des robots ........................................................................................ 14 1.4 Les éléments constitutifs d’un robot ....................................................................... 14 1.5 Architecture des robots manipulateurs .................................................................. 17 1.5.1 Vocabulaire ............................................................................................ 15 1.5.1.1 La base ................................................................................................. 15 1.5.1.2 Le poignet ............................................................................................ 15 1.5.1.3 Le porteur ............................................................................................. 16 1.6. Caractéristiques d’un robot .................................................................................... 17 1.3 Conclusion .......................................................................................................................... 19 CHAPITRE II : Conception et modélisation géométrique. PARTIE 1 : Analyse fonctionnel et modélisation géométrique .......................................... 21 2.1 Introduction ........................................................................................................................ 21 2.2 Analyse fonctionnelle du bras robotique (cahier des charges) ........................................... 21 2.2.1 Analyse du besoin ................................................................................................ 22 2.2.2 Méthode APTE ‘graphe des interactions’ ou ‘diagramme pieuvre’ .................... 22 2.2.3 Diagramme FAST ............................................................................................... 24 5 2.3 Chaine cinématique ............................................................................................................ 25 2.4 Modélisation géométrique .................................................................................................. 25 2.4.1 Ossature du robot ................................................................................................. 27 2.4.2 Eléments de fixation ............................................................................................ 27 2.4.3 Moteur pas à pas Nema 17 .................................................................................. 29 2.4.4 Eléments de transmission .................................................................................... 29 2.4.4.1 Manchon de transmission ..................................................................... 29 2.4.4.2 Pignon-crémaillère ................................................................................ 29 2.4.5 Eléments de guidage ............................................................................................ 30 2.4.5.1 Liaison palier lisse (Manchon + butté à bille) ...................................... 30 2.4.5.2 Roulement à bille .................................................................................. 31 PARTIE 2 : Notions de calcul de transformation de mouvement ..................................... 32 2.5 Introduction ........................................................................................................................ 32 2.6 Translations du bras ........................................................................................................... 32 2.6.1 Système pignon-crémaillère ................................................................................ 32 2.6.1.1 Notion fondamentales ........................................................................... 33 2.6.1.2 Calcule d’engrenage ............................................................................. 34 2.7 Système de rotation ............................................................................................................ 37 2.7.1 L’énergie cinétique .............................................................................................. 37 2.7.2 Le moment d’inertie ............................................................................................ 38 2.8 Conclusion .......................................................................................................................... 42 CHAPITRE III : Partie commande. 3.1 Introduction ........................................................................................................................ 44 3.2 Schéma de commande du robot manipulateur ................................................................... 45 3.3 Composant d’interface ....................................................................................................... 46 3.3.1 Composant matériel (Hard) ................................................................................. 46 3.3.2 Composant logiciel (soft) .................................................................................... 49 3.3.2.1 Logiciel INKSCAPE ............................................................................ 49 3.3.2.2 Création du chemin / vectorisation ....................................................... 51 3.3.3 Création du Code G ............................................................................................. 52 3.3.4 Universel gcode sender (UGS) / grbl Controller ................................................. 54 6 3.3.5 Firmware (micrologiciel) uploads/Geographie/ robotique.pdf