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COMMANDE D’UN BRAS ROBOTISE AVEC UNE APPLICATION ANDROID Université de Lorraine

COMMANDE D’UN BRAS ROBOTISE AVEC UNE APPLICATION ANDROID Université de Lorraine Faculté des sciences et technologies de Nancy 2018/2019 YACINE TAZEROUT SOMMAIRE TABLE DES FIGURES .................................................................................................................................0 INTRODUCTION GENERAL .......................................................................................................................1 CHAPITRE I................................................................................................................................................2 INTRODUCTION ....................................................................................................................................2 DEFINITION D’UN ROBOT INDUSTRIEL .................................................................................................2 LES DIFFERENTS TYPES DE BRAS MANIPULATEUR ...............................................................................2 DEUX GROUPES ................................................................................................................................3 AXES DE LA ROBOTIQUE ...................................................................................................................3 LES CLASSES ......................................................................................................................................3 CHAINE CINEMATIQUE .....................................................................................................................4 ARCHITECTURE .................................................................................................................................5 DOMAINES D’APPLICATION DES ROBOTS MANIPULATEUR .............................................................. 10 CONSTITUTION D’UN ROBOT MANIPULATEUR ................................................................................. 10 CONCLUSION ..................................................................................................................................... 14 CHAPITRE II ........................................................................................................................................... 15 INTRODUCTION ................................................................................................................................. 15 CONCEPTION MECANIQUE ................................................................................................................ 15 SOLIDWORKS ................................................................................................................................. 15 L’IMPRESSION 3D .......................................................................................................................... 18 LE MONTAGE ................................................................................................................................. 19 REALISATION DE L’APPLICATION ANDROID....................................................................................... 22 MIT APP INVENTOR ....................................................................................................................... 22 REALISATION DE L’APPLICATION ................................................................................................... 22 PARTIE ELECTRONIQUE ..................................................................................................................... 28 ARDUINO ....................................................................................................................................... 28 LE MODULE HC-05 ......................................................................................................................... 29 LES SERVOS MOTEURS .................................................................................................................. 29 SCHEMA GENERAL ......................................................................................................................... 32 CONCLUSION ..................................................................................................................................... 32 CHAPITRE III .......................................................................................................................................... 33 INTRODUCTION ................................................................................................................................. 33 EXPLICATION DU CODE ARDUINO ..................................................................................................... 33 PARTIE DECLARATION DES VARIABLE ........................................................................................... 33 PARTIE CONFIGURATION ............................................................................................................... 34 PARTIE DE BOUCLE ........................................................................................................................ 35 TEACH MODE ..................................................................................................................................... 39 HACK DES MOTEURS ..................................................................................................................... 39 COMMANDE DES MOTEURS ......................................................................................................... 40 UTILISATION DES BOUTONS .......................................................................................................... 41 SCHEMA GENERAL ......................................................................................................................... 41 CONCLUSION ..................................................................................................................................... 42 CONCLUSION GENERAL ........................................................................................................................ 44 BIBLIOGRAPHIE ..................................................................................................................................... 45 ANNEXES ............................................................................................................................................... 46 CHAPITRE I : Figure I.1 Structure ouverte simple ........................................................................................................ 4 Figure I.2 Structure arborescente ........................................................................................................... 4 Figure I.3 Structure fermée ..................................................................................................................... 5 Figure I.4 Structure fermée simple ......................................................................................................... 5 Figure I.5 Robot parallèle ........................................................................................................................ 5 Figure I.6 Structure anthropomorphe ..................................................................................................... 6 Figure I.7 Robot anthropomorphe .......................................................................................................... 6 Figure I.8 Structure SCARA ...................................................................................................................... 6 Figure I.9 Robot anthropomorphe .......................................................................................................... 6 Figure I.10 Structure cartesienne ............................................................................................................ 6 Figure I.11 Robot cartésien ..................................................................................................................... 6 Figure I.12 Structure sphérique .............................................................................................................. 7 Figure I.13 Robot sphérique Unimate0 ................................................................................................... 7 Figure I.14 Strucutre cylindrique ............................................................................................................. 7 Figure I.15 Robot cylindrique .................................................................................................................. 7 Figure I.16 Example structure de robot pleinement paralleles plans ..................................................... 8 Figure I.17 Structure Delta ...................................................................................................................... 8 Figure I.18 Robot type Delta ................................................................................................................... 8 Figure I.19 Structure hexapode ............................................................................................................... 9 Figure I.20 Robot simulateur de vol type hexapode ............................................................................... 9 Figure I.21 Constituant d’un bras manipulateur ................................................................................... 11 Figure I.22 Exemple de SMA ................................................................................................................. 11 Figure I.23 Exemple de liaisons mécanique .......................................................................................... 12 CHAPITRE II : Figure II.1 Logo SolidWorks ................................................................................................................... 16 Figure II.2 Vue sur coté du bras ............................................................................................................ 17 Figure II.3 Vue de haut du bras ............................................................................................................. 17 Figure II.4 Vue éclaté du bras ................................................................................................................ 18 Figure II.5 Rendu final du bras .............................................................................................................. 18 Figure II.6 logiciel ideaMaker ................................................................................................................ 19 Figure II.7 Impression 3D ...................................................................................................................... 19 Figure II.8 base du bras Figure II.9 dessous de l'épaule ...................................................................... 20 Figure II.10 base et épaule du bras ....................................................................................................... 20 Figure II.11 avant-bras .......................................................................................................................... 21 Figure II.12 Pince du bras ...................................................................................................................... 21 Figure II.13 poignet du robot ................................................................................................................ 21 Figure II.14 bras principal ...................................................................................................................... 21 Figure II.15 App Inventor LOGO ............................................................................................................ 23 Figure II.16 Partie Designer d'AppInventor ........................................................................................... 23 Figure II.17 Partie Blocks de AppInventor ............................................................................................. 24 Figure II.18 Block Bluetooth 1 ............................................................................................................... 24 Figure II.19 Block Bluetooth 2 ............................................................................................................... 24 Figure II.20 Block Bluetooth 3 ............................................................................................................... 25 Figure II.21 Block Bluetooth 4 ............................................................................................................... 25 Figure II.22 Block Bluetooth 5 ............................................................................................................... 25 Figure II.23 Block Contrôle 1 ................................................................................................................. 26 Figure II.24 Block Contrôle 2 ................................................................................................................. 26 Figure II.25 Block Contrôle 3 ................................................................................................................. 26 Figure II.26 Block bouton SAVE ............................................................................................................. 27 Figure II.27 Block bouton RUN .............................................................................................................. 27 Figure II.28 Block bouton RESET ........................................................................................................... 28 Figure II.29 Robot Arm Command APP ................................................................................................. 28 Figure II.30 Arduino UNO ...................................................................................................................... 29 Figure II.31 Branchement du HC-05 ...................................................................................................... 30 Figure II.32 système boucle ferme servo moteur ................................................................................. 30 Figure II.33 composition d'un servo moteur ......................................................................................... 31 Figure II.34 Contrôle en PWM ............................................................................................................... 32 Figure II.35 Schéma branchement servo moteur ................................................................................. 32 Figure II.36 Schéma fonctionnel final ................................................................................................... 33 CHAPITRE III : Figure III.1 Logo Arduino ....................................................................................................................... 33 Figure III.2 Partie d'déclaration des variables ....................................................................................... 34 Figure III.3 fonction initBroches ............................................................................................................ 35 Figure III.4 fonction initPositionInitial ................................................................................................... 35 Figure III.5 Partie configuration ............................................................................................................ 35 Figure III.6 Fonction rotation() .............................................................................................................. 36 Figure III.7 fonction save() .................................................................................................................... 37 Figure III.8 fonction Run() ..................................................................................................................... 38 Figure III.9 fonction Reset() ................................................................................................................... 39 Figure III.10 Section loop() .................................................................................................................... 39 Figure III.11 Soudure sur le MG996R .................................................................................................... 40 Figure III.12 Soudure sur le SG90 .......................................................................................................... 40 Figure III.13 Schéma moteur avec feedback ......................................................................................... 41 Figure III.14 Schéma branchement boutons ......................................................................................... 42 Figure III.15 Schéma final du montage ................................................................................................. 43 1 Introduction L’homme a toujours cherché à améliorer sa condition, à alléger son travail, à suppléer à ses défaillances et a ses faiblesses. Depuis la Préhistoire, l’homme a créé puis perfectionné ses outils prolongeant son bras pour la chasse, la pêche, la manipulation d’objet lourds. Dans l’antiquité grecque et byzantine, Archytas et Heron l’Ancin ou d’Alexandrie conçoivent déjà des automates. Descartes dessine des automates, mot que l’on doit sans doute à Rabelais. Léonard de Vinci nous laisse une multitude de plans de machines et de divers mécanismes. Vers 1770, la construction de machines simple et leur mécanisation marquent le départ de la révolution industrielle en Europe. Au début du vingtième siècle, des machines automatiques fixes et des chaines de montage permettent de développer la production de masse. Les cycles d’usinage et de montage sont simples, répétitifs, a cadences fixes. Après la seconde guerre mondiale, tout s’accélère. Des conceptions de plus en plus complexes naissent, elles associent un grand nombre de technologies pour créer des systèmes qui remplacent l’homme dans toutes ses taches. Apparaissent alors, les machines-outils munies de commandes automatiques rudimentaires Au début des années 1950 une nouvelle ère de l’automatisation voit le jour, avec la conception des premières machines à commande numérique a changement de programmes. Avec le développement de la technologie des micro-ordinateurs, de l’informatique, de la commande, et des systèmes de transmission et communication, La robotique voit le jour en 1960. Dans les dernières années, la robotique a connu un essor tout à fait exceptionnel. Ainsi, diverses organisations dans le secteur public et privé se sont orientées davantage vers le domaine de la recherche et du développement des applications en robotique. Cela s’explique par les avantages qu’elle apporte dans différents domaines économiques et scientifiques. Plus précisément les robots industriels, qui sont l’outil incontournable aux entreprises pour se développer. Ces robots, sont exceptionnels en termes de polyvalence, de fiabilité, de sécurité ou encore de rentabilité. Ces machines entraînent une destruction massive des emplois dans la plupart des pays qui les utilisent. Pour les entreprises, les robots industriels sont à l’image du salarié parfait. Ils travaillent rapidement et peuvent réaliser des tâches répétitives tout au long de la journée mais aussi pendant la nuit, et dans des conditions qui ne sont pas toujours facile à vivre pour les salariés L’acquisition d’un robot industriel (bras robotisé) à des fins de développement et de recherche revient très cher. Ceci est dû essentiellement au cout élevé de la conception de tels systèmes. Il devient intéressant et nécessaire de développer son propre bras robotisé. Ce qui conférera une certaine autonomie et permettra d’acquérir une compétence certaine, qui contribuera à un gain énorme sur plusieurs niveaux 2 Chapitre I I.1 Introduction : En grec ancien, automate signifie : « machine imitant les mouvements et les fonctions d’un corps ». Le terme « robot » quant à lui vient du tchèque « robota » : travail forcé, pour désigner des ouvriers artificiels. Il apparait en 1924 dans la piece « les robots universels de Rosseum » de karel Capek, auteur tchèque de nouvelle, de romans, de drames, satires des travers humains. Le dictionnaire nous donne plusieurs définitions du mot robot : Dans les œuvres de science- fiction, machine à l'aspect humain, capable de se mouvoir, d'exécuter des opérations, de parler. Appareil automatique capable de manipuler des objets ou d'exécuter des opérations selon un programme fixe, modifiable ou adaptable. Personne qui agit de façon automatique. De nombreux ouvrages ont déjà donné des informations sur l’origine de la robotique et du terme robot. Ce mot est tombé dans le sens commun. Pour beaucoup, il s’agit d’une machine anthropoïde qui, par sa forme, tente de ressembler à un être humain et par ses capteurs intégrés à son comportement. Depuis plus d’une décennie ces machines, qui existent aussi sous la forme de jouets donnent une fausse idée sur ce qu’elles sont réellement aujourd’hui, sur leur développement, tout particulièrement dans le domaine industriel ou elles ont pris leur essor. Dans ce premier chapitre, nous allons introduire quelques notions générales relatives aux robots manipulateurs, notamment leur définition, leur classification, leurs structures, leurs applications, ensuite, nous présenterons la fonction perception de l’environnement dans la robotique industriel et les différents capteurs et moteurs utilisés pour l’accomplissement de cette fonction. I.2 Définition d’un robot industriel : D’une façon plus générale, nous pouvons utiliser la définition du robot manipulateur donnée par la norme ISO 8373 [ISO 94b]. Celle-ci définit le manipulateur comme : « une machine, un mécanisme constitué normalement d’une série de segments qui sont reliés par une articulation assurant une rotation ou une translation relative entre segments, dont le but est de prendre et déplacer des objets (pièces uploads/Ingenierie_Lourd/ commande-dun-bras-robotise-avec-une-appl.pdf