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Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Universit

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mohamed Seddik Benyahia-Jijel Faculté des Sciences et de la Technologie Département d’Automatique Cours Robotique Module de Découverte: Master 1 Automatique (AS & AII) Présenté par Farah BOUAKRIF Enseignant à l’Université de Jijel 2019-2020 Université Mohamed Seddik Benyahia-Jijel Master 1 Automatique (AS & AII) Faculté des Sciences et de la Technologie Module de Découverte : Robotique Département Automatique Semestre 2 Enseignant : F. Bouakrif Année Universitaire : 2019/2020 F. Bouakrif – Université de Jijel Page 1 Chapitre 1 Introduction à la Robotique 1. Introduction La robotique peut être définie comme l’ensemble des techniques et études tendant à concevoir des systèmes mécaniques, informatiques ou mixtes, capables de se substituer à l’homme dans ses fonctions motrices, sensorielles et intellectuelles. La robotique est la science qui s’intéresse aux robots. En fait, il s’agit d’un domaine multidisciplinaire: on y trouve des aspects concernant la mécanique, l’informatique, l’électronique, l’automatique… Définitions - Le Petit Larousse définit un robot comme étant un appareil automatique capable de manipuler des objets, ou d'exécuter des opérations selon un programme fixe ou modifiable. En fait, l'image que chacun s'en fait est généralement vague, souvent un robot est défini comme un manipulateur automatique à cycles programmables. - L'Association Française de Normalisation (A.F.N.O.R.) définit un robot comme étant un système mécanique de type manipulateur commandé en position, reprogrammable, polyvalent (i.e., à usages multiples), à plusieurs degrés de liberté, capable de manipuler des matériaux, des pièces, des outils et des dispositifs spécialisés, au cours de mouvements variables et programmés pour l'exécution d'une variété de tâches. Il a souvent l'apparence d'un, ou plusieurs, bras se terminant par un poignet. Son unité de commande utilise, notamment, un dispositif de mémoire et éventuellement de perception et d'adaptation à l'environnement et aux circonstances. Ces machines polyvalentes sont généralement étudiées pour effectuer la même fonction de façon cyclique et peuvent être adaptées à d'autres fonctions sans modification permanente du matériel. Origine du mot robot Le terme robot est apparu pour la première fois vers 1920 dans une pièce de théâtre du tchèque K. Tschapek où il désignait de petits êtres artificiels anthropomorphes répondant Chapitre 1 : Introduction à la Robotique F. Bouakrif - Université de Jijel Page 2 parfaitement aux ordres de leur maître ("robota" signifie travail en tchèque). Depuis ce temps le terme a été appliqué à une grande variété de dispositifs mécaniques, tels que les téléopérateurs, véhicules sous-marins, Land Rover autonomes,……etc. Pratiquement tout ce qui fonctionne avec un certain degré d'autonomie, le plus souvent sous contrôle informatique a été à un certain point appelle un robot. Dans ce texte, le terme robot se traduira par un ordinateur contrôlé manipulateur industriel du type représenté à la figure 1 Figure 1. Le Robot ‘ABB IRB6600’. Différence entre un robot et un automate Un automate est une machine conçue pour exécuter automatiquement une tâche bien définie. Par exemple : une machine remplaçant et capsulant des bouteilles de lait. Le robot, par contre, peut en fonction de son programme réaliser des tâches différentes. Par exemple : à un moment un robot soude une carrosserie de voiture, plus tard on l’utilise pour traiter des voitures à l’antirouille. Utilisation des robots Ils sont principalement utilisés dans l’industrie pour effectuer des manipulations répétitives, surtout lorsque le processus de fabrication est fréquemment soumis à des modifications. Par exemple la soudure des composantes sur les circuits imprimés, dans l’industrie électronique. L’avantage d’un robot sur l’homme est sa régularité : il peut exécuter le même mouvement des milliers de fois d’affilée sans ressentir la moindre lassitude ou fatigue. De plus, les robots peuvent être construits de manière à pouvoir résister à des conditions qui seraient dangereuses, voire mortelles pour l’homme. Chapitre 1 : Introduction à la Robotique F. Bouakrif - Université de Jijel Page 3 Les robots sont en train de révolutionner l’industrie moderne. Ils s’avèrent particulièrement précieux dans de nombreuses applications industrielles, en particulier la manutention, la peinture, la soudure, le contrôle et l’assemblage mécanique. Les robots manipulateurs possèdent différentes propriétés qui font que leur commande pose un problème difficile à résoudre. La plupart de ces robots sont caractérisées par un comportement hautement non linéaire qui ne permet pas une utilisation fiable par les méthodes classiques d’analyses et de mise en œuvre des asservissements. 2. Classification des robots On retiendra pour notre part 3 types de robot : - Robots manipulateurs industriels : chargés de manipuler, des pièces : Stockage – déstockage, chargement – déchargement de machine outil, assemblage de pièces, …. - Robots didactiques, qui sont des versions au format réduit des précédents robots. La technologie est différente, de même que les constructeurs. Ils ont un rôle de formation et d'enseignement, ils peuvent aussi être utilisés pour effectuer des tests de faisabilité d'un poste robotisé. - Robots mobiles autonomes : Les possibilités sont plus vastes, du fait de leur mobilité. Notamment, ils peuvent être utilisés en zone dangereuse (nucléaire, incendie, sécurité civile, déminage), inaccessible (océanographie, spatial). De tels robots font appel à des capteurs et à des logiciels sophistiqués. On peut distinguer 2 types de locomotion : Les robots marcheurs qui imitent la démarche humaine, et les robots mobiles qui ressemblent plus à des véhicules. 3. Générations des robots A l'heure actuelle, on peut distinguer 3 générations de robots : 1. Robot passif : Il est capable d'exécuter une tâche qui peut être complexe, mais de manière répétitive, il ne doit pas y avoir de modifications intempestives de l'environnement. L'auto-adaptativité est très faible. De nombreux robots sont encore de cette génération. 2. Robot actif : Il devient capable d'avoir une image de son environnement, et donc de choisir le bon comportement (sachant que les différentes configurations ont été prévues). Le robot peut se calibrer tout seul. 3. Le robot intelligent : Le robot est capable d'établir des stratégies, ce qui fait appel à des capteurs sophistiqués, et souvent à l'intelligence artificielle. Chapitre 1 : Introduction à la Robotique F. Bouakrif - Université de Jijel Page 4 4. Constituants d'un robot manipulateur Figure 2 Un robot est constitué des éléments suivants: − Système mécanique articulé (S.M.A.) + un organe terminal (voire plusieurs) − Organe terminal − Actionneurs − Capteurs − Système de commande 4.1. Système mécanique articulé (S.M.A.) Le système mécanique articulé (S.M.A.) est un mécanisme ayant une structure plus ou moins proche de celle du bras humain dans le cas des robots manipulateurs. Il permet de remplacer, ou de prolonger, son action. Son rôle est d'amener l'organe terminal dans une situation (position et orientation) donnée, selon des caractéristiques de vitesse et d'accélération données. Son architecture est une chaîne cinématique de corps, généralement rigides (ou supposés comme tels), assemblés par des liaisons appelées articulations. Sa motorisation est réalisée par des actionneurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques qui transmettent leurs mouvements aux articulations par des systèmes appropriés. Chapitre 1 : Introduction à la Robotique F. Bouakrif - Université de Jijel Page 5 Articulation Une articulation lie deux corps successifs en limitant le nombre de degré de liberté de l'un par rapport à l'autre. Soit m le nombre de degré de liberté résultant, encore appelé mobilité de l'articulation. La mobilité d’une articulation est telle que : 0 < m < 6. Lorsque m = 1 ; ce qui est fréquemment le cas en robotique, l'articulation est dite simple : soit rotative, soit prismatique. Articulation rotative : Il s'agit d'une articulation de type pivot, notée R, réduisant le mouvement entre deux corps à une rotation autour d'un axe qui leur est commun. La situation relative entre les deux corps est donnée par l'angle autour de cet axe (voir la figure suivante). Figure 3 Articulation prismatique : Il s'agit d'une articulation de type glissière, notée P, réduisant le mouvement entre deux corps à une translation le long d'un axe commun. La situation relative entre les deux corps est mesurée par la distance le long de cet axe (voir la figure suivante). Figure 4 4.2 Organe terminal Désigne tout dispositif destiné soit à manipuler des objets comme les dispositifs de serrage (pinces à deux ou trois doigts), soit à transformer (outils de découpe, torche de peinture, Chapitre 1 : Introduction à la Robotique F. Bouakrif - Université de Jijel Page 6 torche de soudage). Il s’agit d’une interface permettant au robot d’interagir avec son environnement. 4.3 Actionneurs Pour être animé, le S.M.A comporte des moteurs le plus souvent associés à des transmissions (courroies, la courroie est une pièce utilisée pour la transmission du mouvement), l'ensemble constitue les actionneurs. Les actionneurs utilisent fréquemment des moteurs électriques à aimant permanent, à courant continu, à commande par l'induit. On trouve de plus en plus pour de petits robots, des moteurs pas à pas. Pour les robots devant manipuler de très lourdes charges (par exemple, une pelle mécanique), les actionneurs sont le plus souvent hydrauliques, agissant en translation (vérin hydraulique) ou en rotation (moteur hydraulique). Les actionneurs pneumatiques sont d'un usage général pour les manipulateurs à cycles (robots tout ou rien). Un manipulateur à cycles est un S.M.A avec un nombre limité de degrés de liberté permettant uploads/Industriel/ cours-aut-m1-rob.pdf