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Modélisation et Commande De Robots Industriels Faculté: Sciences de l’Ingéniora

Modélisation et Commande De Robots Industriels Faculté: Sciences de l’Ingéniorat Département: Electronique Année Universitaire : 2017/2018 جامعة باجي مختار- عنابـة BADJI MOKHTAR- ANNABA UNIVERSITY UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA Modélisation et Commande De Robots Industriels Par : Dr. BENMOUSSA Samir Maitre de conférences Avant propos Objectif Ce document constitue un support de cours magistral d’une vingtaine d’heures pour les étudiants en Master. Il aborde la modélisation et la commande des robots manipu- lateurs et a pour objectif de permettre aux lecteurs d’acquérir les outils nécessaires de modélisation, de génération de trajectoire et la commande des robots manipulateurs à chaîne ouverte simple série. Les exercices proposés à la ﬁn de chaque chapitre sont des- tinés à familiariser les lecteurs avec les concepts abordés dans le cours en leur donnant la possibilité d’entreprendre en toute autonomie la résolution d’un certain nombre de problèmes élémentaires dans le domaine de la robotique. Organisation du document Ce document est organisé en six chapitres comme suit : Le chapitre 1 présente, sous un aspect global, les éléments et les terminologies de bases utilisés en robotique. Le chapitre 2 aborde la notion de la description spatiale d’un point et les diﬀérentes opérations et transformations mathématiques. Le chapitre 3 traite les diﬀérentes techniques employées dans la modélisation des ro- bots industriels à savoir géométrique, cinématique, et dynamique. Le chapitre 4 est consacré à une étude de cas sur un robot réel de Type Staubli TX90. Le chapitre 5 concerne la génération de trajectoire. Le dernier chapitre aborde la commande des robots en présentant deux types de com- mandes : la commande classique de type PID et une commande par découplage non linéaire. i Avant propos ii Table des matières Avant propos Chapitre 1 Terminologie et déﬁnitions de bases 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.1 Qu’est-ce que un robot ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.2 Les éléments constitutifs d’un robot industriel . . . . . . . . . . . . 2 1.2 La structure mécanique articulée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Liaisons mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.2 Degré de liberté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.3 Constitution d’une structure mécanique articulée . . . . . . . . . . 4 1.3 Morphologie des robots manipulateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.4 L’environnement et la commande des robots industriels . . . . . . . . . . . 7 1.5 Caractéristiques des robots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.6 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Chapitre 2 Description spatiale et transformations 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2 Description des attributs géométriques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.1 Description de la position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.2 Description de l’orientation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.3 Matrice de transformation homogène . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3 Transformations homogènes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3.1 Cas d’une simple translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.2 Cas d’une simple rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.3 Transformation impliquant plusieurs repères. . . . . . . . . . . . . . 16 iii Table des matières 2.4 Opérateurs de transformations géométriques . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4.1 Opérateur de translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4.2 Opérateur de rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4.3 Combinaison de rotation et de translation . . . . . . . . . . . . . . 19 2.5 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Chapitre 3 Modélisation des robots manipulateurs 3.1 Modèle géométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.1 Modèle géométrique direct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.2 Modèle géométrique inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2 Modèle cinématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.1 Modèle cinématique direct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.2 Modèle cinématique inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3 Modèle dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.3.1 Forme générale du modèle dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.3.2 Calcul de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.3.3 Calcul des éléments de A, C, et Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.4 Exercices : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Chapitre 4 Etude de cas : Le robot Staubli TX90 4.1 Description du robot Staubli TX90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2 Modélisation géométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.3 Modélisation cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.4 Modélisation dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Chapitre 5 Génération de Trajectoire 5.1 Introduction . . . uploads/Industriel/ support-mcri.pdf