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1 Cours de Robotique Cours de Robotique ENSPS 3A ENSPS 3A MASTER ISTI MASTER IS

1 Cours de Robotique Cours de Robotique ENSPS 3A ENSPS 3A MASTER ISTI MASTER ISTI Jacques Gangloff Jacques Gangloff 2 Plan du cours Plan du cours • Introduction - vue d'ensemble de la robotique • Fondements théoriques – Positionnement • Rotation / Représentations de la rotation • Attitude / Matrices homogènes – Cinématique • Vitesse d'un solide • Vecteur vitesse de rotation • Mouvement rigide • Torseur cinématique 3 Plan du cours Plan du cours • Modélisation d'un robot – Modèle géométrique • Convention de Denavit-Hartenberg • Modèle géométrique direct • Modèle géométrique inverse – Modèle cinématique • Jacobien direct d'un robot • Inversion du Jacobien – Modèle dynamique 4 Plan du cours Plan du cours • Commande des robots – Au niveau articulaire • Les actionneurs • Asservissements de bas niveau • Stratégies d'asservissements de position • Génération de trajectoire – Dans l'espace opérationnel • Trajectoires dans l'espace opérationnel • Asservissements en effort 5 I. Introduction I. Introduction • 1. Définition et historique • 2. Différentes catégories de robots • 3. Vocabulaire de la robotique • 4. Caractérisation des robots • 5. Les différents types de robots manipulateurs • 6. Utilisation des robots • 7. Avenir de la robotique • 8. Bibliographie 6 1. Définition et historique 1. Définition et historique – Étymologie : le mot tchèque robota (travail). – Définition : un robot est un système mécanique poly- articulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches. – Historique : • 1947 : premier manipulateur électrique téléopéré. • 1954 : premier robot programmable. • 1961 : apparition d'un robot sur une chaîne de montage de General Motors. • 1961 : premier robot avec contrôle en effort. • 1963 : utilisation de la vision pour commander un robot. 7 2. Différentes catégories de robots 2. Différentes catégories de robots • Robots mobiles • Robots sous-marins • Robots volants • Robots humanoïdes • Robots manipulateurs : objet de ce cours. 8 3. Vocabulaire de la robotique 3. Vocabulaire de la robotique • Actionneur = moteur • Axe = articulation • Corps = segment • Organe terminal • Effecteur = outil • Base 9 4. Caractérisation des robots 4. Caractérisation des robots 4.1. Description de sa géométrie 4.1. Description de sa géométrie • Robot = système mécanique poly-articulé : – Articulation prismatique : – Articulation rotoïde : • Caractéristiques géométriques : • Nombre d'axes (mus par un actionneur). • Architecture (série ou parallèle). • Chaînage des articulations. • Nombre de degrés de liberté. 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 10 4. Caractérisation des robots 4. Caractérisation des robots 4.1. Description de sa géométrie 4.1. Description de sa géométrie • Exemples : – 3 axes, série, RRR, 3DL. – 3 axes, série, PPP, 3DL. – 4 axes, parallèle, RP+RP, 3DL. 11 4. Caractérisation des robots 4. Caractérisation des robots 4.2. Volume accessible 4.2. Volume accessible • Volume accessible par l'outil du robot. • Ce volume dépend : • de la géométrie du robot, • de la longueur des segments, • du débattement des articulations (limité par des butées). • Exemples : Rem : toutes les dimensions de ces volumes sont précisées. Rem : toutes les dimensions de ces volumes sont précisées. 12 4. Caractérisation des robots 4. Caractérisation des robots 4.3. Précision / Répétabilité 4.3. Précision / Répétabilité • Positionnement absolu imprécis (>1 mm): • Erreurs de modèle géométrique, • Erreurs de quantification de la mesure de position, • Flexibilités. • Répétabilité : la répétabilité d'un robot est l'erreur maximale de positionnement répété de l'outil en tout point de son espace de travail. • En général, la répétabilité < 0.1 mm. 13 4. Caractérisation des robots 4. Caractérisation des robots 4.4. Performances dynamiques 4.4. Performances dynamiques • Vitesse maximale : – Vitesse maximale de translation ou de rotation de chaque axe. – Les constructeurs donnent souvent une vitesse de translation maximale de l'organe terminal. • Accélération maximale : – Est donnée pour chaque axe dans la configuration la plus défavorable (inertie maximale, charge maximale). – Dépend fortement de l'inertie donc de la position du robot. 14 4. Caractérisation des robots 4. Caractérisation des robots 4.5. Charge utile 4.5. Charge utile • C'est la charge maximale que peut porter le robot sans dégrader la répétabilité et les performances dynamiques. • La charge utile est nettement inférieure à la charge maximale que peut porter le robot qui est directement dépendante des actionneurs. 15 4. Caractérisation des robots 4. Caractérisation des robots 4.6. Exemple 4.6. Exemple ABB ABBTM TM 16 5. Les différents types de robots 5. Les différents types de robots 5.1. Les robots SCARA 5.1. Les robots SCARA • SCARA = Selective Compliance Articulated Robot for Assembly. • Caractéristiques : • 3 axes, série, RRP, 3 DDL. • Espace de travail cylindrique. • Précis. • Très rapide. • Exemples : Sankyo SankyoTM TM Adept AdeptTM TM 17 5. Les différents types de robots 5. Les différents types de robots 5.2. Les robots cylindriques 5.2. Les robots cylindriques • Caractéristiques : • 3 axes, série, RPP, 3 DDL. • Espace de travail cylindrique. • Très rapide. • Exemple : Seiko SeikoTM TM 18 5. Les différents types de robots 5. Les différents types de robots 5.3. Les robots sphériques 5.3. Les robots sphériques • Caractéristiques : • 3 axes, série, RRT, 3 DDL. • Espace de travail sphérique. • Grande charge utile. • Exemple : FANUC FANUCTM TM 19 5. Les différents types de robots 5. Les différents types de robots 5.4. Les robots Cartésiens 5.4. Les robots Cartésiens • Caractéristiques : • 3 axes ⊥ 2 à 2, série, PPP, 3 DDL. • Très bonne précision. • Lent. • Exemple : Toshiba ToshibaTM TM 20 5. Les différents types de robots 5. Les différents types de robots 5.5. Les robots parallèles 5.5. Les robots parallèles • Caractéristiques : • Plusieurs chaînes cinématiques en parallèle. • Espace de travail réduit. • Précis (grande rigidité de la structure). • Rapide. • Exemple : COMAU COMAUTM TM 21 5. Les différents types de robots 5. Les différents types de robots 5.6. Les robots anthropomorphe 5.6. Les robots anthropomorphe • Caractéristiques : • Reproduisent la structure d'un bras humain. • 6 axes, série, 6R, 6 DDL. • Exemples : • Architecture standard : Kawasaki KawasakiTM TM 22 5. Les différents types de robots 5. Les différents types de robots 5.6. Les robots anthropomorphe 5.6. Les robots anthropomorphe • Architecture à parallélogramme : Modèle Modèle Charge Charge utile utile Rayon Rayon d'action d'action Masse Masse du robot du robot SN-IRB SN-IRB Série 1 Série 1 5-6 kg 5-6 kg 1,45m 1,45m 225 kg 225 kg SN-IRB SN-IRB Série 4 Série 4 10-16 kg 10-16 kg 1,55m 1,55m 350 kg 350 kg SN-IRB SN-IRB Série 2 Série 2 45 kg 45 kg 1,95m 1,95m 900 kg 900 kg SN-IRB SN-IRB Série 6 Série 6 120 kg 120 kg 2,8m 2,8m 2000 kg 2000 kg ABB ABBTM TM 23 6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples • La grande majorité des robots est utilisée pour des tâches simples et répétitives. • Les robots sont programmés une fois pour toute au cours de la procédure d'apprentissage. • Critères de choix de la solution robotique : • La tâche est assez simple pour être robotisée. • Les critères de qualité sur la tâche sont importants. • Pénibilté de la tâche (peinture, charge lourde, environnement hostile, ...). 24 6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples • Robot soudeurs : Par points Par points A l'arc A l'arc 25 6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples • Robots de palettisation : 26 6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples • Autres applications : Chargement Chargement Polissage Polissage Positionnement Positionnement 27 6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples • Applications d'avenir : Industrie agro-alimentaire Industrie agro-alimentaire Génie génétique Génie génétique 28 6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples • Statistiques nationales (2003) : 29 6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples • Statistiques internationales (2001) : 30 6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.2. Tâches complexes 6.2. Tâches complexes • Robotique de service : Robot pompiste Robot pompiste Robot laveur d'avion Robot laveur d'avion Robot grimpeur Robot grimpeur Robot de construction Robot de construction 31 6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.2. Tâches complexes 6.2. Tâches complexes • Robotique médicale : Computer motion Computer motionTM TM Intuitive surgical Intuitive surgicalTM TM Assistance Assistance aux aux personnes personnes handicapées handicapées 32 7. Avenir de la robotique 7. Avenir de la robotique • uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-rob-intro.pdf