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République Tunisienne Cycle de Formation d’Ingénieurs dans la discipline Génie

République Tunisienne Cycle de Formation d’Ingénieurs dans la discipline Génie Electromécanique Projet de fin d’études N° d’ordre : 2018-GEM-013 Ministère de l’Enseignement Supérieur Université de Sfax Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax Département de Génie mécanique MEMOIRE Présenté à L’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax (Département de Génie Mécanique) En vue de l’obtention du Diplôme National d’Ingénieur en Génie Electromécanique Elaboré par : Rabie TAHRI & Mohamed GUERMAZI ETUDE, CONCEPTION ET REALISATION D’UN BRAS ROBOTISE INDUSTRIEL Soutenu le 21 juillet 2018 devant la commission d’examen Mr. Fakher CHAARI Président Mr. Maher BARKALLAH Rapporteur Mme. Taissir HENTATI Encadrant académique Mr. Lassaad WALHA Encadrant académique Mr. Mohamed BEN HMIDA Encadrant Industriel Etude, Conception et Réalisation d’un Bras Robotisé Industriel S.I.A.F / E.N.I.S 2018 Table de matière REMERCIEMENTS ................................................................................................................ 8 INTRODUCTION GENERALE .......................................................................................... 11 Cahier des charges ................................................................................................................. 12 Chapitre 1 Généralités sur les robots industriels ............................................................. 14 1. Introduction ................................................................................................................... 14 2. Caractéristiques d'un robot ............................................................................................ 14 3. Classification des robots ................................................................................................ 15 4. Morphologie des robots séries ....................................................................................... 16 5. Les principales composantes du Bras robotisé .............................................................. 17 5.1. Segment .................................................................................................................. 17 5.2. Poignet ................................................................................................................... 18 5.3. Actionneur .............................................................................................................. 18 5.3.1. Les moteurs pas à pas ......................................................................................... 18 5.3.2. Les servomoteurs ................................................................................................ 19 Figure I. 4. Servomoteur ................................................................................................... 19 5.4. Les pinces de serrage ............................................................................................. 19 5.4.1. Pince à serrage parallèle ..................................................................................... 20 5.4.2. Pince angulaire ................................................................................................... 20 5.4.3. Actionneurs de l’effecteur .................................................................................. 21 6. Conclusion ..................................................................................................................... 21 Chapitre 2 Conception du bras manipulateur .................................................................. 23 1. Introduction ................................................................................................................... 23 2. Analyse fonctionnelle .................................................................................................... 23 2.1. Analyse du besoin .................................................................................................. 23 2.2. Diagramme de pieuvre ........................................................................................... 24 Etude, Conception et Réalisation d’un Bras Robotisé Industriel S.I.A.F / E.N.I.S 2018 2.3. Actigramme ............................................................................................................ 25 3. Système articulé ............................................................................................................ 26 4. Espace de travail ............................................................................................................ 34 5. Étude hyperstatique ....................................................................................................... 35 5.1. Etude hyperstatique du bras robotisé ..................................................................... 35 5.2. Étude hyperstatique de la pince ............................................................................. 36 6. Conclusion ..................................................................................................................... 38 Chapitre 3 Calcul et dimensionnement ............................................................................. 40 1. Dimensionnement du moteur conditionnant la pince .................................................... 40 2. Choix des moteurs ......................................................................................................... 43 Le couple résistant au niveau de l’articulation 1 est : ....................................................... 45 3. Choix des réducteurs ..................................................................................................... 46 3.1. Choix de la vis sans fin .......................................................................................... 46 3.2. Choix de la roue ..................................................................................................... 47 3.3. Calcul des clavettes ................................................................................................ 48 4. Dimensionnement des vis de fixation ........................................................................... 49 5. Analyse statique des bras .............................................................................................. 49 6. Conclusion ..................................................................................................................... 55 Chapitre 4 Commande du bras manipulateur .................................................................. 57 1. Introduction ................................................................................................................... 57 2. Paramétrage ................................................................................................................... 57 3. Modèle géométrique ...................................................................................................... 58 3.1. Convention de Denavit_Hartenberg ...................................................................... 58 3.2. Matrices homogènes .............................................................................................. 59 4. Programmation .............................................................................................................. 60 5. Electronique .................................................................................................................. 63 6. Conclusion ..................................................................................................................... 66 Etude, Conception et Réalisation d’un Bras Robotisé Industriel S.I.A.F / E.N.I.S 2018 Conclusion générale ............................................................................................................... 67 Référence bibliographique .................................................................................................... 68 Annexes ................................................................................................................................... 69 Etude, Conception et Réalisation d’un Bras Robotisé Industriel S.I.A.F / E.N.I.S 2018 Table des figures Figure I. 1. Morphologie des robots séries ............................................................................... 17 Figure I. 2. Robot industriel ..................................................................................................... 17 Figure I. 3. Moteur pas à pas .................................................................................................... 19 Figure I. 4. Servomoteur .......................................................................................................... 19 Figure I. 5. Composants des pinces de préhension .................................................................. 20 Figure I. 6. Pince à serrage parallèle ........................................................................................ 20 Figure I. 7. Pince angulaire ...................................................................................................... 20 Figure П. 1. Diagramme bête à corne……... …………………………………………………24 Figure П. 2. Digramme de pieuvre ........................................................................................... 24 Figure П. 3. Structure fonctionnelle d’un bras robotisé ........................................................... 25 Figure П. 4. Schéma cinématique du robot .............................................................................. 26 Figure П. 5. Conception du bras manipulateur ........................................................................ 27 Figure П. 6. Photo réelle de l’articulation N°2 ........................................................................ 28 Figure П. 7. Zoom 1, fixation de l’articulation N°2 sur l’articulation 1 .................................. 29 Figure П. 8. Fixation de l’articulation 3 sur l’articulation 2 .................................................... 29 Figure П. 9. Architecture de l’articulation 3 ............................................................................ 30 Figure П. 10. Montage des roulements du roue dentée de l’articulation 4 .............................. 31 Figure П. 11. Montage des roulements du vis sans fin de l’articulation 4 ............................... 32 Figure П. 12. Conception des roues et vis sans fin .................................................................. 33 Figure П. 13. Conception de l’articulation 5 et la pince .......................................................... 33 Figure П. 14. Ajustement des bielles de la pince ..................................................................... 34 Figure П. 15. Espace de travail ................................................................................................ 35 Figure П. 16. Espace de travail dans les plans (X, Z) et (X, Y) ............................................... 35 Figure III. 1. Effort de serrage de la pince………………………………………... ………….40 Figure III. 2. Exemple de calcul du couple moteur pour l’articulation 4 44 Figure III. 2. Schéma cinématique du réducteur 44 Figure III. 4. Liaison arbre roue dentée utilisant une clavette 48 Figure III. 5. Mode principale qui peut subir la vis 49 Figure III. 6. Répartition des contraintes de Von Mises dans le bras 2 51 Figure III. 7. Déplacements résultants dans le bras 2 52 Figure III. 8. Répartition des contraintes de Von Mises dans le bras 3 52 Etude, Conception et Réalisation d’un Bras Robotisé Industriel S.I.A.F / E.N.I.S 2018 Figure III. 9. Déplacements résultants dans le bras 3 53 Figure III. 10. Répartition des contraintes de Von Mises dans le bras 4 53 Figure III. 11. Déplacements résultants dans le bras 4 54 Figure III.12. Répartition des contraintes de Von Mises dans la tôle de fixation 54 Figure III.13. Déplacements résultants dans la tôle de fixation 55 Figure ΙV. 1. Position initiale…………………………………………………………….. ….58 Figure ΙV. 2. Exemple du modèle de Denavit_ Hartenberg ..................................................... 59 Figure ΙV. 3. Code Matlab en utilisent rvctools ....................................................................... 61 Figure ΙV. 4. Application développée sur LabVIEW ............................................................... 62 Figure ΙV. 5. Code Arduino développé .................................................................................... 63 Figure ΙV. 6. Branchement d’un seul moteur ........................................................................... 64 Figure ΙV. 7. Câblage des moteurs pas à pas ........................................................................... 65 Etude, Conception et Réalisation d’un Bras Robotisé Industriel S.I.A.F / E.N.I.S 2018 Table des tableaux Tableau I. 1. Les types des robots ............................................................................................ 15 Tableau II. 1. Caractéristiques des fonctions de service .......................................................... 25 Tableau II. 2. Eléments de l’articulation N°3 ........................................................................... 30 Tableau II. 3. Eléments de l’articulation 5 ............................................................................... 34 Tableau III. 1. Moments d’inerties, masses, déplacements angulaires, vitesses et accélérations associés aux différentes articulations du robot ......................................................................... 43 Tableau III. 2. Types de moteurs actionnant les articulations .................................................. 46 Tableau III. 3. Caractéristiques des réducteurs actionnant chaque articulations...................... 47 Tableau III. 4. Les caractéristiques mécaniques de l’alliage d’aluminium A-U4G ................. 50 Tableau ΙV. 1. Paramètres de Denavit_ Hartenberg associées au bras robotisé ..................... 60 Tableau ΙV. 2. Entrées/Sorties du driver moteur TB6600 ....................................................... 64 Tableau ΙV. 3. Spécifications du driver moteur TB6600 ........................................................ 64 Etude, Conception et Réalisation d’un Bras Robotisé Industriel REMERCIEMENTS Nous tenons à remercier dans un premier temps, toute l’équipe pédagogique de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax et les intervenants professionnels responsables de la formation génie électromécanique, pour avoir assuré la partie théorique de celle-ci. Nous remercions également Mme Taissir HENTATI et Mr. Lassaad WALHA, pour l’aide et les conseils concernant les missions évoquées dans ce rapport, qu’ils nous ont apporté lors des différents suivis. En plus de notre respect et de notre gratitude, nous tenons à remercier Mr. Fakher CHAARI qui a bien voulu accepter la présidence du jury ainsi que Mr. Maher BARKALLAH qui nous a fait l’honneur de vouloir accepter de juger ce travail. Nous sommes également reconnaissants envers Mr. Mohamed BEN HMIDA notre encadreur industriel et le directeur de la société S.I.A.F, Mr. Omar DAOUD et Mr.Ramzi JAOUA pour leurs aides et ses conseils. Enfin, nous remercions sincèrement tous les membres du département de Génie Mécanique de l’ENIS et les personnels de la société S.I.A.F qui ont contribué à la réussite de ce travail. Etude, Conception et Réalisation d’un Bras Robotisé Industriel Dédicaces Du plus profond de mon cœur et avec l’intensité de mes émotions, je dédie ce travail A Ma mère, Face à ses sacrifices, son amour, son soutien et ses prières, je ne pourrai que réussir. Aucune dédicace ne saurait être assez éloquente pour exprimer ce que tu mérites pour tous les sacrifices que tu n’as cessé de me donner depuis ma naissance, durant mon enfance et même à l’âge adulte. Que Dieu te procure la santé et le bonheur. A l’âme de mon père, A Mon cousin Aymen, Qui m’avais toujours supporté et motivé pour avancer. Je te souhaite une vie heureuse pleine de réussites. A tous mes amis spécialement Aicha, Pour ses encouragements, ses qualités humaines et ses écoutes en cas de besoin. A mon ami Amir, Qui m’a aidé dans la partie programmation. A toute ma famille Pour l’affection, la bienveillance et la générosité dont elle m’a entourée. Mohamed Etude, Conception et Réalisation d’un Bras Robotisé Industriel Dédicaces Avec toute ma gratitude je dédie ce travail : A mes très chers parents Aucune dédicace ne pourrait exprimer l’amour, le dévouement et le respect que j’ai toujours eu pour vous. Ce travail est le fruit des sacrifices que vous avez consenti pour mes études et ma formation. A mes très chers frères Les mots ne suffisent guère pour exprimer l’attachement, l’amour et l’affection que je porte pour vous. Je vous dédie ce travail avec tous mes vœux de uploads/Ingenierie_Lourd/ memoire-l-x27-ecole-nationale-d-x27-ingenieurs-de-sfax.pdf