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ECOLE MILITAIRE POLYTECHNIQUE MEMOIRE Présenté pour obtenir le diplôme de Magis

ECOLE MILITAIRE POLYTECHNIQUE MEMOIRE Présenté pour obtenir le diplôme de Magister Filière : ROBOTIQUE, AUTOMATIQUE ET INFORMATIQUE INDUSTRIELLE Option : Systèmes mécaniques robotisés Par : Toufik BENTALEB Ingénieur d’Etat en Génie Mécanique Soutenu publiquement le 20 / 12 / 2006 devant le Jury composé de : Président : BOUKHAROUBA Taoufik Professeur/ U.S.T.H.B Examinateurs : BELAIDI Abed El Rahmane Maître de conférences / U.M.B.B MILOUDI Abed El Hamid Maître de conférences / U.S.T.H.B CHETTIBI Taha Chargé de cours / E.M.P Rapporteur : BELOUCHRANI Med El Amine Maître de conférences / E.M.P Contribution à l’étalonnage géométrique des robots industriels exÅxÜv|xÅxÇàá Ce manuscrit est l'aboutissement d’une année de recherche au sein du Laboratoire de Mécanique des Structures EMP. Je tiens à remercier mon directeur de thèse : Dr BELOUCHRANI Med El Amine (Maître Conférences à l'EMP et Resp. d’option), mes remerciements vont aussi à monsieur le directeur de la recherche et de la formation Post-Graduée : Dr A. Yousnadj, ainsi que le responsable du Département Mécanique : Dr K. Necib (Maître Conférences à EMP), le chef du Laboratoire de Mécanique des Structures : Dr T. Saidouni et le codirecteur de thèse : Mr A.K. Zanadi. Merci aux membres du jury d'avoir bien voulu analyser et porter un regard critique sur mon travail, nécessaire à l'aboutissement de tout projet scientifique. Je tiens aussi à exprimer ma gratitude envers toutes les personnes qui ont contribué scientifiquement et humainement à la réalisation de ce travail de recherche. Je remercie Prof. Wisama Khalil de m’avoir envoyé des documents intéressants sur le sujet de mon travail. Cette page ne saurait être complète sans remercier Hammache Hakim, Khadraoui Aek sans oublier mes camarades de la 8ème, 9ème et 10ème promotion. Merci enfin à mes amis, proches ou lointains, déjà cités ou non, pour leur présence, ainsi qu'à ma famille et à mes parents, dont le soutien sans faille tout au long de ces années m'a été plus que précieux : indispensable. Dédicaces À ma mère À mon père Et à toute ma famille I LISTE DES ABREVIATIONS Abréviation Signification CAO Conception Assisté par Ordinateur. DDL Dégrée De Liberté. EMP Ecole Militaire Polytechnique. EPFL Ecole Polytechnique Fédérale de lausanne. LIRMM Laboratoire d'Informatique, Robotique et Microélectronique de Montpellier. LMS Laboratoire de Mécanique des Structure. MGD Modèle Géométrique Direct. MGI Modèle Géométrique Inverse. PC angl. Personal Computer. SVD angl. Singular Valuer Decomposition. UGV Usinage Grande Vitesse. II LISTE DES SYMBOLES Symbole Désignation αi Angle entre le ie bras et le plan de la base fixe. Par convention, l’angle αi est positif lorsque le bras est situé du côté de la nacelle. βi Angle entre le plan du ie parallélogramme et le plan horizontal, mesuré dans un plan vertical πi contenant le bras i. γi Angle entre le plan vertical πi et une des barres du parallélogramme i. θi Angle entre le plan πi et le plan Oxz. P (px, py, pz) ou X Coordonnées du centre de la nacelle. R Différence entre les longueurs Ra et Rb. Ra Distance entre le centre de la base fixe et l’axe de rotation du bras. Rb Distance entre le centre de la nacelle et le côté du parallélogramme solidaire de la nacelle. r Exposé réel ou exacte. jTi La matrice de passage 4×4 définissant le repère Ri par rapport au repère Rj. J La matrice jacobienne. q Le vecteur des variables articulaires. m Les mesures seront notées en exposant par m . Lb Longueur d’une barre parallèle. La Longueur du bras. jAi Matrice de rotation (3×3). Nm Nombre d’équations. III Nc Nombre de configurations. ddli Nombre de degrés de liberté de la liaison numéro i. m Nombre de degrés de liberté du mécanisme. Nl Nombre de liaisons entre les solides indépendants. mint Nombre de mobilités internes. NP Nombre de paramètres. Np Nombre de solides indépendants. i Noté la chaîne. Exemple : Pi paramètres de chaîne i. P Paramètres géométriques. k Une configuration. ρ Valeur d’actionneur. workspace Variable booléen qui caractérise l’appartenance de l’effecteur dans l’espace de travail. IV LISTE DES FIGURES Chapitre I Figure I.1 Structure générale d’un robot industriel...................................... 8 Figure I.2 Le robot IRB 7600-150 (ABB, photo et graphe d’agencement).. 9 Figure I.3 Le robot Hexamove-System, photo et graphe d’agencement... 10 Figure I.4 Le robot FlexPicker (ABB), photo et graphe d’agencement............ 13 Figure I.5 Précision absolue, résolution et répétabilité................................ 15 Figure I.6 Le Robot Delta ................................................................................. 16 Figure I.7 Photographie du robot Delta......................................................... 17 Figure I.8 Schéma cinématique du robot Delta............................................. 18 Figure I.9 Robot Delta, image CAO et graphe d’agencement.................... 19 Chapitre II Figure II.1 Le paramétrage du robot delta sans les déviations géométriques................................................................................... 26 Figure II.2 Le paramétrage d'une chaîne d’articulations du robot delta avec des déviations géométriques …......................................................... 26 Figure II.3 Interprétation géométrique de Modèle 24 comme structure spatiale 3(R2S) .................................................................................. 31 Figure II.4 Modèle géométrique de robot Delta ................................................. 32 Figure II.5 Chaîne cinématique équivalente en considérant que la nacelle est réduite à un point......................................................... 33 Figure II.6 L’interface utilisée pour commander et simuler de la position de robot Delta par le MGD et MGI......................................................... 37 Figure II.7 Longueurs paramétriques et angles caractéristiques du robot DELTA. .............................................................................................. 38 Figure II.8 Description d’une seule chaîne.......................................................... 39 V Figure II.9 Description de la chaîne simplifiée.................................................... 39 Figure II.10 Une approximation du volume de travail du robot Delta [37] : (a) volume de travail du robot en 3D ; (b) volume de travail du robot en 3D vue du haut; (c) Vue de profil du robot avec son volume de travail. ............................................................................. 40 Figure II.11 Organigramme de Calcul test d’appartenance à l’espace de travail 41 Figure II.12 Organigramme de calcul des erreurs de position à partir des paramètres réelles. .......................................................................... 43 Figure II.13 Erreur de positionnement du robot Delta en fonction de la position de l’organe terminal dans le plan (z = -400) pour une erreur sur le paramètre géométrique La≈ 1 [mm], Lb≈ 1 [mm].……………………………………......................................... 44 Figure II.14 Erreur de positionnement du robot Delta en fonction de la position de l’organe terminal dans les plans (z = -300, -400, - 500 et -600 [mm]) pour une erreur sur le paramètre géométrique (La ≈ 1 [mm]) ............................................................ 44 Figure II.15 Simulation de l’étalonnage............................................................. 48 Figure II.12 Trois cas de figure où la méthode d’optimisation converge en présence de bruit de mesure : l’étalonnage améliore (gain positif) la connaissance des paramètres géométriques, la détériore (gain négatif) ou n’a pas d’influence (gain nul) ........ 50 Chapitre IV Figure IV.1 Résultats méthode directe, sans bruit de mesures, Nc=8, p=1 mm, ................................................................................................... 74 Figure IV.2 Résultats méthode directe, sans bruit de mesures, Nc=8, p=0.1 mm, ....................................................................................... 74 Figure IV.3 Résultats méthode directe, avec bruit de mesures, Nc=8, p= 0.1 mm, pos= L= 0.001 mm, R= 0.001°,....................................... 75 Figure IV.4 Résultats méthode directe, avec bruit de mesures, Nc=20, p= 0.1 mm, pos= L= 0.001 mm, R= 0.001°,....................................... 75 Figure IV.5 Résultats méthode directe, avec bruit de mesures, Nc=40, p= 0.1 mm, pos=L=0.001 mm, R=0.001°,.......................................... 76 Figure IV.6 Résultats méthode directe, avec bruit de mesures, Nc=60, p= 0.1 mm, pos=L=0.001 mm, R=0.001°,.......................................... 76 Figure IV.7 Résultats méthode directe, avec bruit de mesures, Nc=60, p=0.1 mm, pos=L=0.01 mm, R=0.01°,........................................ 77 Figure IV.8 Résultats méthode inverse, sans bruit de mesures, Nc= 8, p= 10 mm, ............................................................................................. 79 Figure IV.9 Résultats méthode inverse, avec bruit de mesures, Nc=8, p=10 mm, ........................................................................................ 79 Figure IV.10 Résultats méthode inverse, avec bruit de mesures, Nc=8, p=1 mm, pos=L=0.001 mm, R=0.001°,................................................ 80 Figure IV.11 Résultats méthode inverse, avec bruit de mesures, Nc=8, p=1 mm, pos=L=0.001 mm, R=0.001°,................................................ 80 Figure IV.12 Résultats méthode inverse, avec bruit de mesures, Nc=8, p=1 mm, pos=L=0.01 mm, R=0.01°,.................................................... 81 VI Figure IV.13 Résultats méthode inverse, avec bruit de mesures, Nc=20, p=1 mm, pos=L=0.01 mm, R=0.01°,........................................... 81 Figure IV.14 Résultats méthode inverse, avec bruit de mesures, Nc=40, p=1 mm, pos=L=0.01 mm, R=0.01°,........................................... 82 Figure IV.15 Résultats méthode inverse, avec bruit de mesures, Nc=60, p=1 mm, pos=L=0.01 mm, R=0.01°,........................................... 82 Chapitre V Figure V.1 Représentation de mécanisme de Blocage ........................................ 89 Figure V.2 Utilisation de la méthode Khalil pour la description de la chaîne i simplifiée .......................................................................... 91 Figure V.3 Utilisation de la méthode Khalil pour la description de la chaîne cinématique i. .................................................................................... 92 Figure V.4 Blocage des articulations passives i β et i γ ................................. 93 Figure V.5 Résultats de la méthode auto-étalonnage. Nc=8, p=1 mm,(a) Gain de l’étalonnage sur les paramètres,(b) Erreur sur les paramètres….. 96 Figure V.6 Résultats de la méthode auto-étalonnage. Nc=8, p=1 mm. pos=L=0.001 mm, R=0.001°, (a) Gain de l’étalonnage sur les paramètres,(b) Erreur sur les paramètres.......................................... 96 Annexe A Figure A.1 Géométrie du robot LMD-DELTA 740............................................ 101 VII LISTE DES TABLEAUX Chapitre I Tableau I.1 Représentation normalisée de quelques liaisons.…….……….. 18 Tableau I.2 Conventions des graphes d’agencement………………………. 19 Chapitre II Tableau II.1 Nombre minimal de paramètres nécessaires à la modélisation du robot Delta.………………………………….… 25 Tableau II.2 Le paramétrage des trois chaînes articulaires R(2S/2S) du robot……………………………………………………………….. 28 Tableau II.3 les paramètres du modèle nominal dérivé du tableau II.2….. 31 Tableau II.4 Langueurs caractéristiques et Angles limites du robot LMS_DELTA……………………………………………………….. 42 Chapitre V Tableau V.1 Paramétrage Khalil-kleinfinger uploads/Ingenierie_Lourd/ master-thesis-pdf.pdf