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M.CHERIF mehdi.cherif@ensam.eu Robotique industrielle M.CHERIF mehdi.cherif@ens

M.CHERIF mehdi.cherif@ensam.eu Robotique industrielle M.CHERIF mehdi.cherif@ensam.eu Activités autour de la robotique 1 cours en amphi 1 tp programmation HL Robotstudio 1 mini projet Robotstudio 1 tp Programmation manuelle (iiwa) Robotique industrielle M.CHERIF mehdi.cherif@ensam.eu • Révolutions industrielles Quelques dates… Source : Aberdeen Group 1961: 1er robot industriel: Unimate (General Motors) 1973: 1er robot 6 axes: Famulus (Kuka) 1985: 1er robot avec un bras de manipulation formé de 3 parallélogrammes: Delta 2015: l’arrivée des Robots collaboratifs Quelques dates… 5 Quelques chiffres US 11% Allemagne 9% Chine 25% Corée du sud 11% Japon 13% chine 6 7 La robotique en générale Domaine de l’exploration Accès difficile Nettoyage Espace Démantèlement nucléaire Déminage Chantier sous marin Domaine du médical Assistance aux opérations chirurgicales Robotique médicale Domaine de service Robots humanoïdes Domaine industriel Robots industriels cobots atlas Accroître les cadences de production Réduction des coûts de production ( + taux de charge machine) Améliorer la qualité des process (flexibilité) Améliorer les conditions de travail troubles musculo-squelettiques (TMS) Réduire les taux de rebus (répétabilité) Gestion des personnels (tâches à forte valeur ajoutée) De nombreuses raisons de robotiser Les enjeux de la robotisation 8 Le process Les ressources humaines Soudure Points Manutention Montage Assemblage Polissage Palettisation Contrôle Façonnage Source KUKA Robot Group Domaines d’applications de la robotique industrielle 9 9 Deux applications majeurs 52 % manipulateur 28 % soudage par point Quelques exemples Assemblage cobotique Gestion épaisseur peinture Environnement toxique Les robots industriels Répétabilité Gestion du couple de serrage Domaine aéronautique Domaine spatial 10 10 foil bmw • Atout – Charge embarquée variant de 500g à 2800kg – Large rayon d’action (5m) – Répétabilité – Cadence de production (vitesse 2m/s) • Limitations – Sécurité matérielle – Intégration complexe – Pas d’interaction homme/robot – Faible flexibilité des cellules Les robots industriels 11 Les robots industriels DELTA SCARA ANTHROPOMORPHES 4 AXES CARTESIEN 6 AXES ROBOT A CABLES http://www.cablebot.eu/en/ Différentes architectures 12 Famille_robot Exemple des robots • Scara PRR • Cartésien (PPP) • Anthropomorphique 6R Cartésien (PPP) Anthropomorphe 6 axes 6R Robot scara RRP Les différentes architectures 13 Les robots sériels Architecture de type chaine ouverte Les robots parallèles Architecture de type chaine fermée Les différentes architectures 14 15 Embase Tourelle Épaule Poignet Bras Équilibreur EFFECTEUR Vocabulaire Partie commande Partie opérative Porteur 15 Une tendance forte Les différents secteurs de la robotique 16 16 17 Collaboration Coopération Espace de travail partagé Espace de travail différent PAS d’INTERACTION Période différente Période commune Les différents secteurs de la robotique Coexistence Les cobots (Collaborative Robot) Atouts Suppression des contraintes de sécurité Matérielle Travail collaboratif Homme/cobot Intégration et programmation simple Dextérité Limitations Très faible capacité de charge Faible rayon d’action Les robots industriels 18 Caractéristiques ROBOT COBOT Charge utile +++ + Zone de travail +++ + Précision de positionnement +++ ++ Vitesse +++ + Interaction Homme / robot (sécurité) + +++ Simplicité de programmation ++ +++ "Plug & produce" en production + +++ Diversité des tâches (flexibilité) ++ +++ Comparaison robot / cobot Critères de choix d’un robot industriel Les critères à prendre en compte pour le choix d’un robot: 1. Capacité de charges (50g3000kg) 2. Rayon d’action 3. Type de montage 4. Indice de protection 5. Nombre d’axes externes 20 Lucas track Robot étanche Inox pour industrie agroalimentaire Capacité de charge selon l’architecture Critère de choix : Capacité de charge Critère de choix :Capacité de charge 1 kg 2800 kg Notion de bras de levier Diagramme de charge admissible 22 Le rayon d’action et la géométrie de la zone de travail accessible sont fonction de : • La cinématique • Le modèle de robot 800 mm 4200 mm Enveloppe de travail 23 Critère de choix : le rayon d’action 5m Critère de choix : rayon d’action 24 25 Critère de choix : Type de montage Sens de montage du robot Selon les modèles toutes les orientations de montage ne sont pas possibles 0° 90° 180° 26 Critère de choix : indice de protection Indice de protection : il est constitué de deux chiffres et permet de définir la protection d’un système vis-à-vis de la pénétration de : • La poussière • De l’eau IP 5 4 poussière eau Robot de lavage Robot fonderie Exemple de fiche technique 27 27 veru Exemple d’application métier Des équipements spécifiques selon l’application Des solutions en catalogue Robot de peinture Robot de soudage Robot de palettisation 28 Soudage_UR Les métiers associés à la robotique De nombreux métiers dans des secteurs très variés 29 Chez les fabricants de robots •R&D, production, SAV … •Commerciaux, support technique •Marketing, Management produits Chez l’intégrateur • Chargé d’affaire, Chef de projet • Ingénieur & techniciens en bureau étude •Mécanique et automatisme • Programmeur, responsable de chantier Chez l’utilisateur final • Chef de projet • Conducteur de ligne • Technicien de maintenance 29 La sécurité Les robots sont des machines potentiellement dangereuses !! Risque d’écrasement avec les grands robots mais avec les petits aussi! TOUJOURS RESPECTER LES CONSIGNES DE SECURITE Crash-test 30 La sécurité BARRIERE MATERIELLE BARRIERE IMMATERIELLE Laser de scrutation 31 32 Précision : ±0.8mm Répétabilité ±0.03mm Performances des robots Les différentes sources d’erreur • Commande • Calibration • Jeu dans les liaisons • Déformation des éléments précis Non précis répétable Non répétable Moteur axe 5 Moteur axe 6 Transmission pignonnerie axe 5 Détail des axes 5 et 6 33 Structure type d’un robot 6 axes 33 Tcp nominal Tcp nominal exactitude dérive x x z z y y Hiérarchisation des sources d’erreur Conséquences sur l’usinage Erreurs géométriques et de commande Comportement thermique Comportement dynamique Déformations élastiques liées au process Fréquence (Hz) Amplitude (mm) Correction hors ligne Correction temps réel 34 0 Performances des robots 34 Programmation par apprentissage Les points sont parcourus en manuel et enregistrés au fur et à mesure Avantage Rapidité de mise en œuvre Inconvénient Complexité limitée des trajets et des formes Programmation Hors Ligne Les trajets sont générés à l’aide d’un logiciel externe de FAO Avantage Possibilité d’envoyer des fichiers de plusieurs milliers de lignes Inconvénient Compatibilité de la chaîne CFAO nécessaire Deux modes de programmation Programmation des robots industriels 35 35 35 Abb peinture 36 PTP (Point To Point) L‘outil se déplace suivant le chemin le plus rapide. Le trajet du robot entre P1 et P2 n’est pas connu à l’avance - Risque de collision -Non maitrise du trajet +Pas de risque de singularité sur le trajet +Maîtrise des points de passages -risque de singularité sur le trajet LIN (Linéaire) Le trajet suivi par l’outil est une ligne droite entre P1 et P2 +Maîtrise des points de passages + Peu risque de singularité sur le trajet CIRC (Circulaire) L‘outil se déplace suivant un arc de cercle qui s’appuie sur 3 points à définir Trois types de mouvement possibles Programmation des robots industriels Programmation des robots industriels Chaine numérique pour la programmation des robots Génération de trajectoires complexes (position + orientation) CAO TopSolid Catia Etc.. Post-Pro IRBCAM Code iso, apt FAO TopSolid Catia Etc… IRC 5 Simulation/ vérification RobotStudio 37 37 Notion de configuration Spécificité des robots par rapport aux MOCN : Il n’y pas forcément unicité de configuration des axes pour positionner le repère outil (point+ 3 orientations ) sur une position donnée avec une orientation donnée : Commande des robots 38 38 5 configurations pour une même position et orientation de l’outil Notion de singularité Pour les manipulateurs anthropomorphes 6 axes comportent 3 types de singularités: la singularité de poignet (a) la singularité bras tendu lorsque l'on veut atteindre la frontière de l'espace de travail en position (b) la singularité d'épaule (c), Perturbation de la vitesse de déplacement (modification des paramètres process) Commande des robots 39 Modélisation des robots 2 Problématiques distinctes : l’une simple, l’autre un peu moins!! P1 cinématique directe : Connaissant la position angulaire des 5 liaisons, quelles sont la position et l’orientation de l’effecteur dans le repère cartésien? P2 cinématique inverse : Connaissant la position et l’orientation de l’effecteur dans l’espace cartésien, quelle doit être la consigne angulaire pour les différents moteurs? X Y Z A X5 Y5 40 40 40 Effecteur Une géométrie Une origine Un repère associé Avec les orientations angulaires par rapport à x,y,z Le modèle géométrique direct (MGD ): Il permet de connaitre la position et l’orientation dans l’espace cartésien connaissant les valeurs angulaires des différentes liaisons Le modèle géométrique inverse (MGI ): il permet de connaître les valeurs angulaires des différentes liaisons pour atteindre une position et une orientation de l’effecteur MGI 41 Les différents modèles MGD Modélisation des robots Cinématique directe Variables articulaires Localisation du TPC Solution unique Résolution immédiate et « triviale » Cinématique inverse Variables articulaires Localisation du TPC Résolution très complexe Non unicité 42 Même position du TCP mais configurations différentes y x z y x z y x z y x z 42 Modélisation des robots Exemple sur un modèle de système 2 D Modèle géométrique direct R1 R2 R3 R4 R5 43 43 Modélisation des uploads/Industriel/ cours-robotique-industrielle-vf-perz-prof-2020-savoir.pdf