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1 ﻮ ﺰﺍﺮﺓ‌ ﺍﻠﺗﻌﻠﻳﻢ ﺍﻠﻌﺎﻠﻲ ﻮﺍ لبحث‌ﺍلﻌﻠمﻲ Année : 2019 Faculté : Sciences de l’In

1 ﻮ ﺰﺍﺮﺓ‌ ﺍﻠﺗﻌﻠﻳﻢ ﺍﻠﻌﺎﻠﻲ ﻮﺍ لبحث‌ﺍلﻌﻠمﻲ Année : 2019 Faculté : Sciences de l’Ingéniorat Département : Electronique MEMOIRE Présenté en vue de l’obtention du diplôme de : MASTER Domaine : Sciences et Technologie Filière : Automatique Spécialité : Automatique et Informatique Industrielle Par : Bourhail Zakaria DEVANT Le JURY Présidente : Dr.K. Bedodoud MRA CRTI Annaba Encadreur : Dr. S Benmoussa MCA UBM Annaba Examination 1: Pr. H. Harkat Pr UBM Annaba Examinateurs 1 :Dr. Khaldouna MCB UBM Annaba BADJI MOKHTAR- ANNABA UNIVERSITY UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA Intitulé : Génération et simulation d’une planification de trajectoire d’un robot SCARA جامعة باجي مختار- عنابـة 2 Résumé : Dans ce projet de fin d’étude, nous nous somme intéressé à la planification de trajectoire d’un robot industriel type SCARA à deux degrés de liberté. Pour cela nous avons utilisé un modèle CAO issue de la plateforme Solidworks et en association avec Simulink/Matlab, un modèle qui sera utilisé pour la suite dans la simulation est généré. La commande du robot est assurée par le modèle géométrique inverse. :ملخص في وهاية هزا المششوع ، وحه مهتمىن بالتخطيط لمساس سوبىت صىاعيSCARA مع دسجتيه مه الحشية . لهزا استخذمىا ومىرجCAD مه مىصةSolidworks وباالقتشان معSimulink / Matlab .، يتم إوشاء ومىرج سيتم استخذامه للمحاكاة اإلضافية يتم التحكم في الشوبىت بىاسطة الىمى.رج الهىذسي العكسي Abstract: In this end of study project, we are interested in trajectory planning of a SCARA industrial robot with two degrees of freedom. For this, we have used a CAD model from the Solidworks platform and in combination with Simulink/Matlab, a model for simulation is obtained. The Inverse geometric model is used for the robot control. 3 Remerciement: Je tiens en premier lieu à remercier ALLAH Tout-puissant d’avoir guidé mes pas pour la réalisation de ce mémoire. J’adresse mon vif remerciement et notre profonde gratitude : A mon encadreur, Monsieur BENMOUSSA Samir, qui malgré ses maintes occupations, a partagé avec moi ses connaissances et son précieux temps pour l’élaboration à terme et a bien ce travail. Aux messieurs les membres de jury d’avoir accepté d’évaluer ce mémoire. A tous les Enseignants du département d’Electronique, qui nous ont partagé leur savoir-faire et leur connaissance. A tous nos collègues, amis et à tous ceux qui ont contribué, de près ou de loin, à l’élaboration de ce manuscrit. A tous les membres de ma familles respectives, pour leurs soutiens moraux, affectif et financier. 4 Sommaire Résumé : ............................................................................................................ 2 Remerciement : ................................................................................................. 3 Introduction ....................................................................................................... 9 Chapitre I : Robotique ..................................................................................... 10 1. Robot : .................................................................................................................................. 11 2. La robotique : ....................................................................................................................... 11 3. Historique : ........................................................................................................................... 12 4. Les grands constructeurs des robots industriels : ................................................................. 12 5. Robot industriel : .................................................................................................................. 13 6. Domaine d’application : ....................................................................................................... 14 7. Les avantages de la robotique : ............................................................................................ 14 8. Les éléments d’un robot : ..................................................................................................... 14 9. Morphologie des robots : ...................................................................................................... 15 10. Classification des robots : ................................................................................................ 16 11. Modélisation des robot manipulateurs : ........................................................................... 17 11.1. Modèle géométrique direct :..................................................................................... 17 11.2 Model géométrique inverse : ........................................................................................ 18 11.3 Modèle cinématique : ................................................................................................... 19 11.4 Modèle cinématique inverse :....................................................................................... 20 11.5 Modélisation dynamique : ................................................................................................ 20 12. Conclusion : ..................................................................................................................... 20 ChapitreII : Modélisation, génération de trajectoire et commande ........ 22 1. Le robot SCARA : ................................................................................................................ 23 2. Modélisation géométrique du robot : ................................................................................... 25 2.1 Modèle géométrique direct :............................................................................................... 25 2.1.1 Tableaux Paramètres de Denavit-Hartenberg :................................................................ 25 2.2 Modèle géométrique inverse : ............................................................................................ 27 2.3 Modèle cinématique direct : ............................................................................................... 27 3. Génération de trajectoire ...................................................................................................... 29 3.1 Génération de trajectoire dans l’espace articulaire ............................................................. 30 3.2 Génération de trajectoire dans l’espace opérationnelle ...................................................... 31 5 4 Méthode d’interpolation polynomial : .................................................................................. 31 4.1 Polynôme 3éme dégrée : .................................................................................................... 31 4.2 Polynôme 5émé degré : ...................................................................................................... 33 5 La régulation de trajectoire : ................................................................................................ 34 6 Régulation PID ..................................................................................................................... 35 6.1 L’espace opérationnelle : ................................................................................................... 35 6.2 Espace articulaire : ............................................................................................................. 35 Chapitre III : Résultats de simulation ......................................................... 37 1. Introduction : ........................................................................................................................ 38 2. La co-simulation par Simscape / Solidworks : ..................................................................... 38 3. La bibliothèque de Simecahnics : ......................................................................................... 39 3.1 Bodies (Corp) : ................................................................................................................... 39 3.2 Les articulations : ............................................................................................................... 40 4. Assemblage de SCARA ....................................................................................................... 40 4.1 Procédure d’importation d’un modèle CAO dans l’environnement Simulink : ................. 42 5. Simulation et résultat ............................................................................................................ 43 5.1 Trajectoire type rectiligne .................................................................................................. 46 5.2 Trajectoire de type polynomiale ......................................................................................... 49 6. Conclusion : ......................................................................................................................... 53 6 7 Liste des figures Fig1.1 Quelques robots industriels (polyarticulés, hexapode, double bras) Fig1.2 Les éléments d’un robot Fig1.3 Classification de morphologie des robots manipulateurs Fig1.4 (a)robot humanoïde,(b)robot manipulateur(c)robot mobile Fig2.1 Schéma représentatif de robot SCARA Fig2.2 Bras a de degré de liberté (2DDL RR) Fig2.3 Dimension de robot SCARA 2ddl RR Fig2.4 Configuration géométrique Fig2.5 Robot SCARA 2ddl Rotorique Fig2.6 Trajectoire Robot a 2ddl Fig2.7 Génération de mouvement dans l’espace articulaire Fig2.8 Génération de mouvement dans l’espace opérationnelle Fig2.9 Schéma bloc de la régulation Fig2.10 Schéma bloc de la régulation PID dans l’espace opérationnelle Fig2.11 Schéma bloc de la régulation dans l’espace articulaire Fig3.1 Les fonctions de sim-mecahnics First génération Fig3.2 Sous bibliothèque corps Fig3.3 Sous bibliothèque articulations Fig3.4 Les pièces de SCARA non assembler Fig3.5 Les 2 premières pièces de SCARA Fig3.6 L’assemblage et la création des contraintes Fig3.7 Les contraintes des pièces Fig3.8 Le modèle complet de SCARA sous SolidWorks Fig3.9 SCARA sous Simulink Fig3.10 Bloc simulation pour générer la trajectoire de SCARA a 2ddl Fig3.11 Consigne de trajectoire Fig3.12 Résultat de la trajectoire Fig3.13 Erreur sur Y Fig3.14 Erreur sur X Fig3.15 Thêta 1 Désirée/Mesurée Fig3.16 Thêta 2 Désirée/Mesurée 8 Fig3.17 Consigne de trajectoire Fig3.18 Résultat de la trajectoire Fig3.19 Erreur sur Y Fig3.20 Erreur sur X Fig2.21 Théta1 Désirée/Mesurée Fig2.22 Thêta 2 Désirée/Mesurée 9 Introduction La robotique est une science qui demande une connaissance sur d’autres sciences liées avec elle (la mécanique, automatique, électromécanique, informatique et la programmation) Il existe plusieurs types des robots comme les robots mobiles, industriels, domestiques, médicales. Le robot le plus utilisé est le robot industriel, il a été surtout connu à la fin des années 90’s car il a des capacités de manipulation diverses. Il est aussi utilisé dans le milieu le plus dangereux. La position exacte, la trajectoire et le chemin d’un robot, le déplacement d’un point initial à un point final, sont des problèmes de la manipulation des robots. La planification repose sur des aspects plus mathématiques à savoir la modélisation comme le modèle géométrique, et le modèle cinématique. Le modèle dynamique repose beaucoup plus sur la physique de robot et la dynamique de la structure mécanique et aussi les moteurs. Dans ce projet, nous nous somme intéressé à la planification de trajectoire d’un robot type SCARA à deux degrés de liberté. La plateforme Solidworks et en association avec Simulink/Matlab est utilisé pour avoir le modèle CAO du robot, à partir de lequel, un modèle dynamique du robot est obtenu. Pour la commande, un modèle géométrique (direct et indirect) est implémenté. 10 Chapitre I : La robotique 11 1. Qu’est-ce que un robot : Un robot est un dispositif mécatronique (alliant mécanique, électronique et informatique) conçu pour accomplir automatiquement des tâches imitant ou reproduisant, dans un domaine précis, des actions humaines. La conception de ces systèmes est l'objet d'une discipline scientifique, branche de l’automatique nommé robotique. Il est composé de 3 éléments :  Les capteurs : laser ou ultrason permet au robot de prendre conscience de son environnement, les caméras pour traiter l’environnement et avoir une vision à 3D.  Les circuits de commande : des circuits électroniques que ce soit un microcontrôleur (MC) ou microprocesseur (MP), il contient la programmation du robot  Les actionnaires : les moteurs électriques rotatif (CC/CA ou pas à pas) et les vérins. 2. La robotique : La robotique est une activité multidisciplinaire visant l'étude, la conception et la construction de robots ou plus simplement de machines automatiques. Sa pratique réunie des savoir-faire techniques et des connaissances scientifiques des domaines de l'électronique, de l'informatique et de la mécanique Des progrès dans la technologie se produisent et il devient évident que les ordinateurs, les machines, les robots et les algorithmes seront en mesure de faire la plupart des emplois de routine et répétitifs. Les ingénieurs en robotique conçoivent la prochaine génération de robots qui ressemblent, ressentent et agissent plus comme nous, humains. Les ingénieurs font des cheveux et une peau réaliste avec des capteurs qui permettront aux robots de réagir en tant qu'humain, les robots pourront se sentir touchés sur leur épaule et se tourner pour vous accueillir. Ils auront également des yeux artificiels qui vont se déplacer et cligner des yeux comme des objets naturels, leur coffre se déplacera légèrement qui stimulera la respiration et ils auront des muscles fabriqués par l'homme qui changeront 12 leurs expressions faciales. À l'avenir, nous pouvons également avoir des animaux de compagnie robotiques avec une intelligence artificielle [1]. 3. Historique : De tous temps, l’homme a cherché à se faire remplacer pour des tâches spécifiques pouvant être dangereuses, rébarbatives, uploads/Industriel/ bourhail-zakaria.pdf