Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

COMMANDE DES ROBOTS ET DES SYSTEMES AUTOMATISES (Partie 3 du cours “Robotique e

COMMANDE DES ROBOTS ET DES SYSTEMES AUTOMATISES (Partie 3 du cours “Robotique et Automatisation”) Jean-Daniel Dessimoz 12 février 2014 Robotique et systèmes automatisés Partie 3. Commande p. 2 12.02.14 Robotique et systèmes automatisés Partie 3. Commande p. 3 12.02.14 COMMANDE DES ROBOTS ET DES SYSTEMES AUTOMATISES TABLE DES MATIÈRES 3.1 Notion de commande hiérarchisée ........................................................................................ 5 3.1.1 Contrôle d'atelier et de cellules de fabrication ........................................................ 6 3.1.2 Contrôle de robot .................................................................................................... 8 3.1.3 Communication et réseaux de données ................................................................. 9 3.2 Programmation des systèmes de commande ...................................................................... 12 3.2.1 Exemple d'application: assemblage d'une pompe ................................................ 12 3.2.2 Automates programmables et ordinateurs industriels .......................................... 15 3.2.3 Commande des robots industriels ........................................................................ 20 3.3 Coordination des articulations d'un robot ............................................................................. 34 3.3.1 Vue d'ensemble .................................................................................................... 34 3.3.2 Lois de mouvement pour articulations individuelles. Interpolation par rapport au temps. ................................................................................................................. 35 3.3.3 Coordination pour commande de trajectoires. Interpolation dans l'espace. ......... 41 3.3.4 Commande point par point et trajectoire continue ................................................ 47 3.3.5 Modification de trajectoire ..................................................................................... 51 3.4 Commande et asservissement d'axes .................................................................................. 53 3.4.1 Rôle des systèmes d'asservissement d'axe ........................................................ 53 3.4.2 Régulation en boucle fermée ............................................................................... 54 3.4.3 Régulation en boucle ouverte .............................................................................. 61 3.4.4 Exemple de circuit de commande pour moteur: le HCTL-1000 ........................... 61 3.5 Quelques langages pour la robotique et l'automatisation ..................................................... 67 3.5.1 Rapid/ABB ............................................................................................................ 67 3.5.2 VAL (V+) ............................................................................................................... 67 3.5.3 ARIA ..................................................................................................................... 68 3.5.4 Piaget .................................................................................................................... 68 3.5.5 Autres langages .................................................................................................... 68 3.5.6 Tableau comparatif ............................................................................................... 68 Robotique et systèmes automatisés Partie 3. Commande p. 4 12.02.14 COMMANDE DES ROBOTS ET DES SYSTEMES AUTOMATISES RESUME Les systèmes de commandes sont de plus en plus organisés hiérarchiquement, que ce soit à l'échelle de tout un atelier de fabrication, ou à celle beaucoup plus petite d'un équipement de production. C'est en particulier le cas pour la commande des robots industriels. Suivant le niveau à laquelle se trouve une boucle de réglage, des caractéristiques différentes apparaissent (temps de réaction, qualité d'abstraction des grandeurs, interactions avec l'homme...). En conséquence, il y faut des outils spécifiques. Il vaut la peine d'étudier la commande à quelques uns de ces niveaux types, considérés isolément. Aux niveaux les plus élevés, la commande de systèmes se fait typiquement dans le contexte de programmes. Différentes approches sont adoptées. Nous y trouvons les langages généraux, tels que C, Pascal, ou Ada, permettant en particulier de programmer des ordinateurs industriels; mais il existe aussi, plus spécialisés, les codes à relais ou le langage Grafcet pour les automates programmables; pour les robots, les langages tels que V+(version la plus récente de VAL), RAPID (ABB) ou Comau offrent, en plus d'instructions générales, des mots-clefs adaptés à la gestion de trajectoires et de positions dans l'espace. C’est aussi le cas du langage « Piaget » que nous avons inventé pour nos robots mobiles autonomes. A un niveau intermédiaire, les robots requièrent une forme particulière de commande afin d'assurer la coordination étroite d'articulations diverses, de façon à suivre des trajectoires dans l'espace avec des caractéristiques dynamiques et de précision sévères. Il s'agit ici non seulement de commander individuellement des systèmes de réglage avals, mais il faut encore assurer un synchronisme entre eux. La coordination est d'autant plus difficile à garantir que tant les systèmes eux-mêmes que les influences externes sur eux sont fort disparates. Enfin, cette section du cours s'intéresse aux servocommandes, qui servent généralement ici à assurer en permanence, pour chaque articulation individuellement, le positionnement demandé par les étages amonts. Autrefois exclusivement de type analogique, les servocommandes sont maintenant presque toujours numériques. Cependant les algorithmes implémentés ont peu changé, car la théorie dans ce domaine nouveau n'a guère dépassé le stade du mimétisme: sous forme numérique, ce sont pour beaucoup les anciennes techniques que l'on reprend. Robotique et systèmes automatisés Partie 3. Commande p. 5 12.02.14 3.1 NOTION DE COMMANDE HIERARCHISEE La commande de systèmes automatisés suit deux types d'évolutions complémentaires. D'une part, les méthodes s'affinent, pour une boucle de commande donnée (voir par exemple fig. 3.1.1). Ces techniques ressortent du réglage automatique. Mais d'autre part, la commande de systèmes complexes font un usage toujours accru de structures hiérarchisées, où de nombreuses boucles de commandes interviennent, à différents niveaux d'abstraction. La puissance de ces systèmes de commande - et parfois la difficulté à les gérer - provient non plus d'une boucle en particulier, mais de leur synergie et de leur interactions mutuelles. Si l'automaticien est souvent embarrassé pour prédire le comportement d'une hiérarchie de systèmes de réglage, il est en revanche parfois surpris de la relative simplicité de certaines boucles considérées isolément. MOTEUR X compteur système d'asservissement consigne 10 mesure 0 10 20 30 40 R+A 65 Fig. 3.1.1 Boucle de réglage pour la commande d'un axe. Fig. 3.1.1b On observe que pour des commandes, C, rapides avec retards faibles (T petit), les solutions simples sont appropriées. Lorsqu’au contraire, T avoisine ou dépasse la constante de temps caractéristique , τ, du système à commander, S, des modes de régulation plus évolués doivent s’envisager. L’agilité relative est définie comme le rapport de la secaonde grandeur sur la première. Voyons brièvement deux types de hiérarchies de commande maintenant courantes. La première contrôle des équipements divers, coopérant dans la même cellule de fabrication, dans des îlots ou même à l'échelle de tout un atelier. La deuxième est moins connue, et se découvre à l'intérieur des commandes de robots industriels. Ensuite, une brève présentation de la communication par réseaux de données sera faite. Robotique et systèmes automatisés Partie 3. Commande p. 6 12.02.14 3.1.1 CONTROLE D'ATELIER ET DE CELLULES DE FABRICATION On s'achemine maintenant vers l'automatisation globale des usines de fabrication. L'évolution se fait en même temps à plusieurs échelles. Voyons d'abord celle de tout un atelier, puis nous aborderons celle d'un cellule de fabrication. A NIVEAU ATELIER L'automatisation au niveau global de l'atelier pose des problèmes très sérieux. Pour les résoudre, la stratégie du "diviser pour régner" est la seule issue. Partant du centre informatique de l'atelier, l'information est distribuée à un nombre limité de partenaires. Ceux-ci, correspondant à des îlots de production ont à leur tour un nombre limité de cellules, qui elles-mêmes gèrent individuellement leurs machines. Il est clair que l'information remonte aussi des machines jusque vers le centre de l'atelier. R+A 68 Fig. 3.1.2 Exemple de hiérarchie de commandes au niveau de l'atelier (doc. American Robot/ACC) La fonction de communication est vitale à ce niveau, et le standard le plus prometteur est celui de MAP, qui en est maintenant à la troisième version de sa définition. MAP suit des normes tant du point de vue physique qu'en ce qui concerne les protocoles d'échanges, jusqu'à un niveau relativement abstrait. Il ressemble au réseau Ethernet, largement répandu, mais s'en distingue en particulier par le fait qu'il garantit un temps de réponse de durée limitée. B NIVEAU CELLULE DE FABRICATION A l'intérieur une cellule de fabrication, l'information circule également par des voies hiérarchiques. Cependant, entre les diverses commandes qui y coopèrent, les distances sont courtes, et les intervalles de temps pour synchronisation se réduisent à l'ordre de la seconde. La communication est assurée par des moyens spécifiques entre équipements. Mais de plus en plus, on voit apparaître des réseaux plus simples. Dans ce contexte, une norme allégée de MAP est aussi en développement: mini-MAP. La tendance touche jusqu'aux instruments, tels qu'un capteur ou une électrovanne. On Robotique et systèmes automatisés Partie 3. Commande p. 7 12.02.14 parle alors de réseaux "de terrain". Une norme international est en préparation. On peut s'attendre, même au niveau le plus bas, à retrouver un sous-ensemble des normes MAP. A ce niveau de l'atelier de fabrication, les équipements informatiques les plus répandus sont les automates programmables (API), les ordinateurs (OI), et les commandes de robots industriels (RI). Chacun de ces différents types peut être représenté par un organe de contrôle unique, mais très souvent, il s'intègre dans une hiérarchie propre. Le qualificatif "industriel" que ces organes de commandes partagent indiquent qu'ils sont destinés à travailler en atelier (c'est à dire en milieu riche en perturbations de tous ordres), et à piloter des procédés en temps réel. Les API sont des machines électroniques, programmables par un personnel peu spécialisé, et destinées à piloter des procédés logiques séquentiels et combinatoires. Typiquement, ils élaborent des signaux binaires de sortie, commandant par exemple des électrovannes pneumatiques, en fonction de signaux binaires d'entrée, tels que délivrés par des interrupteurs ou des barrières lumineuses. Ils s'interconnectent facilement, gardant une structure et une fonction similaires à tous les niveaux. Du point de vue fonctionnel, Les OI ne se distinguent guère, en général, des ordinateurs courants. Ils se distinguent par contre des API, par la complexité des procédés qu'ils peuvent gérer. Les entrées/sorties (E/S) ne sont généralement plus simplement binaires, mais se font par nombre ou même par signaux analogiques. Les fonctions liant les sorties aux entrées ne se laissent pas facilement réduire à des systèmes logiques, mais se définissent plutôt par des programmes généralement écrits par des informaticiens. Alors que traditionnellement, on rencontrait souvent là des "mini-ordinateurs", c'est maintenant des systèmes basés sur les uploads/Industriel/ 3-3-5-commande-014-02-12-pdf.pdf