وزارة ا ا  و ا  ا BADJI MOKHTAR ANNABA-UNIVERSITY    

 وزارة ا ا  و ا  ا BADJI MOKHTAR ANNABA-UNIVERSITY        ر UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIORAT DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE MEMOIRE PRESENTE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER INTITULE DOMAINE : SCIENCES ET TECHNIQUES FILIERE : GENIE MECANIQUE SPECIALITE : MECATRONIQUE PRESENTE PAR : CHEHAIDIA SEIF EDDINE DIRECTEUR DU MEMOIRE : DR. NEHAL ABDELAZIZ DEVANT LE JURY PRESIDENT : A. M. BOUCHLAGHEM Grade: Prof. UNIVERSITE ANNABA EXAMINATEURS : L. LAOUAR Grade: Prof. UNIVERSITE ANNABA M. BENGHERSALLAH Grade: MC-A UNIVERSITE ANNABA S. MEKHILEF Grade: MC-A UNIVERSITE ANNABA M. MANSOURI Grade: MA-A UNIVERSITE ANNABA Année: 2015/2016 MODELISATION ET COMMANDE D’UN ROBOT MANIPULATEUR A SIX DEGRES DE LIBERTE REMERCIEMENTS II m'est agréable d'exprimer dans ces quelques lignes ma reconnaissance et ma gratitude aux Personnes qui ont contribué à la réalisation de ce projet de fin d’étude: En premier Monsieur NEHAL ABDELAZIZ, maitre de conférence pour avoir diriger ce mémoire. Il m'a prodigué conseils constructifs et remarques pertinentes tout au long de cette années d’étude à ses cotés. Qu'il me permette de lui témoigner ma profonde reconnaissance. Monsieur ABDELAZIZ MAHMOUD BOUCHLAGHEM, Professeur de l'université de Badji Mokhtar Annaba, a accepté d'être président du jury. Je lui exprime tout mon respect et ma gratitude pour l’attention et la patience qu’il m’ a portées ; Le bon déroulement de mon mémoire, pour les conseils qu’il m’a donné, pour le temps qu’il m’a consacré. Monsieur LAKHDAR LAOUAR, Professeur de l'université de Badji Mokhtar Annaba, m'a fait l'honneur d'examiner mon travail et d’être présent au jury d’examination. Je le remercie pour l'enthousiasme avec lequel il m'a fait part de ses remarques. Monsieur MOHIEDDINNE BENGHERSALLAH, maître de conférence à l'université de Badji Mokhtar Annaba, a accepté d'être examinateur de ce mémoire. Je le remercie cordialement d’avoir accepté d’examiner ce travail et pour son utile contribution à ma formation au sein du département. Monsieur SLIMANE MEKHILEF, maître de conférence à l'université de Badji Mokhtar Annaba a accepté d'être examinateur de ce mémoire Je lui exprime tout mon respect et ma gratitude. Monsieur MOHAMED MANSOURI, maître assistant à l'université de Badji Mokhtar Annaba Je le remercie vivement d’avoir accepté d’examiner ce travail. Monsieur BECIR, je le remercie sincèrement pour ses remarques valeureuses concernant la partie mécanique de ce travail. Enfin, je dédie ce travail à mes parents et ma famille, spécialement ma petite sœur CHADA. Je leur serai éternellement reconnaissant pour leur soutien et leur amour. A BESMA pour son aide et sa forte présence … A mes ex camarades de classe de l’école d’en-nasr dont MOUNA en premier. A KHAOULA et RAHMA. SEIF EDDINE CHEHAIDIA Résumé La robotique est un domaine relativement nouveau de la technologie moderne allant au-delà de l’ingénierie traditionnelle. Le contrôle des systèmes mécatronique tel que le robot, est un domaine vaste et actif de la recherche appliquée. Le but de ce travail c'est la modélisation et la commande des bras manipulateurs à 6ddl par la méthode classique PID. Nous avons prit le manipulateur PUMA 560 pour l’application. Nous présentons en premier lieu une étude détaillée des modèles utilisés pour le contrôle et la commande du robot, à savoir le modèle géométrique, cinématique directs et inverses ainsi que le modèle dynamique direct. En supposant mesurables les variables de positions et de vitesses articulaires, nous avons étudié et commandé le système en utilisant le logiciel MATLAB, pour simuler les positions et les vitesses du robot choisit, pour de diverses trajectoires de référence. Mots-clés : Robot manipulateur, 6ddl, modélisation, commande PID, trajectoire, vitesse Liste des figures Figure I. 1 : (a) : Robots sous-marins, (b) : Robots volants :AirRobot GmbH & Co.KG, (c)Robots mobiles : Anis, Icare, INRIA Figure I.2 : (a) : Bipéde oiseau, (b) Hexapode, (c) Bipède, (d) Quadripode 15 Figure I.3 : (a) Nano moteur, (b) Interaction avec le sang, (c) Nano robot parallèle Figure I.4 : bras warm Figure I.5: Invention du premier robot industriel : Unimation (IFR, 2012) (a) Développement du premier robot industriel (b) dans une usine de General Motors (1961) Figure I.6: (a): Premier Robot tout électrique ASEA IRB-6 (1973). (b): Robot PUMA travaille en coopération avec des opérateurs Figure I. 7: (a) Robot piloté par moteur électrique. (b) Bras d’entraînement direct du monde. (c) premier robot SCARA à entraînement direct (IFR, 2012) Figure I.8 : Robots manipulateurs ABB 6620 à gauche, FANUC i900A au milieu, KUKA KR500- 3MT à droit Figure I.9 : orientation d’un solide dans l’espace Figure I.10 : graphe non normalisé de quelques mécanismes Figure I.11 : les différentes architectures du porteur Figure I.12 : les différentes architectures du poignet Figure I.13 : structure de robot à poignet de type rotule correspond à celle des robots Stäubli Figure I.14 : Schéma résumé des différentes composantes d’une armoire de commande Figure I.15 : armoire de commande d’un robot Figure I.16 : Exemples de systèmes rackables Figure I.17 : (a) : d’alimentations pour format Eurocarte, (b) Alimentation de carte mère Figure I.18 : cartes d’axes PCI Figure I.19 : représentation d’un robot puma et son interaction avec l’environnement Figure I.20 : schéma de fonctionnement d’un capteur Figure I.21 : la vu à travers un caméra fish-eye Figure I.22 : schéma des principaux capteurs Figure I.23 : Le schéma classique d’une telle commande boucle fermée Figure II.1 : schéma cinématique du robot puma 560 Figure II.2 : représentation des paramètres de D-H Figure II.3 : Convention d’Euler XYZ Figure II.4 : Vue générale du robot PUMA 560 Figure II.5: Dessin à 3D de l’espace de travail Figure II.6 : volume de travail Figure II.7 : Le volume de travail du robot puma 560 Figure II.8: transformation entre l'organe terminal et le repère atelier Figure III.1 : Modèle cinématique direct Figure III.2 : Influence du type de l’articulation sur le repère terminal Figure III.3 : Déplacement articulaire Figure III.4 : Les vitesses articulaires Figure III.5 : Vitesse de translation Figure III.6.: Vitesse de rotation Figure III.7 : Singularité du coude (c3=0) et (s5=0) Figure III.8: Singularité d’épaule (S23r4-c2d3=0) Figure III.9 : Surface singulière due à la singularité q3=pi/2,-pi/2 Figure III.10 : Surfaces singulières due à la singularité q5=0,2pi Figure III.11: Modèle cinématique inverse Figure IV.1 : Modèle de frottement Figure V.1 : Schéma classique d'une commande PID Figure V.2 : position de la première articulation (échelon) Figure V.3 : position de la deuxième articulation (échelon) Figure V.4 : position de la troisième articulation (échelon) Figure V.5 : vitesse de la première articulation (échelon) Figure V.6 : vitesse de la deuxième articulation (échelon) Figure V.7 : vitesse de la troisième articulation (échelon) Figure V.8 : position de la première articulation Figure V.9 : position de la deuxième articulation Figure V.10 : position de la troisième articulation Figure V.11: vitesse de la première articulation Figure V.12: vitesse de la deuxième articulation Figure V.13: vitesse de la troisième articulation Figure V.14 : position de la première articulation (poly.) Figure V.15 : position de la deuxième articulation (poly.) Figure V.16 : position de la troisième articulation (poly.) Figure V.17 : vitesse de la première articulation (poly.) Figure V.18 : vitesse de la deuxième articulation (poly.) Figure V.19 : vitesse de la troisième articulation (poly.) Liste des tableaux Tableau I.1: historique de la robotique de manipulation établi à partir du rapport IFR (IFR, 2012) Tableau I.2 : les qualités ainsi que les caractéristiques des manipulateurs Tableau I.3 : les limites de capacité des hommes et des femmes Tableau II.1 : caractéristique du microcontrôleur Tableau II.2 : paramètre géométrique du robot PUMA 560. Tableau II.3 : répartition des amplitudes des angles du PUMA 560. Tableau II.4: type d’équation rencontrée avec la méthode Paul Tableau IV.1: constant d’inertie Tableau IV.2: les constantes de gravité SOMMAIRE Remerciement Résumé Liste des figures Liste des tableaux Introduction générale Introduction générale ………………………………………………………………………… 1 Chapitre I : Revue de littérature I.1. Introduction………………………………………………………………..……………….4 I.2. Généralité………………………………………………………………………..…………5 I.3. Etymologie et définitions ………………………………………….………………………7 I.3.1. Etymologie……………………………………………………………………………7 I.3.2. Rappel sur la définition d’un robot ……………………………………..……………7 I.4. Les caractéristiques d’un robot articulé ………………………………………...…………7 I.5. Les robots et les chemins de son élévation ……………………………………..…………8 I.6. Lien entre l’évolution du robot et son chemin d’application …………………...…………8 I.7. LES MANIPULATEURS INDUSTRIELS ……………………………………….………9 I.7.1. Historique…………………………………………………………………….………9 I.7.2. Le concept de manipulateur ………………………………………...………………11 I.7.3. Une structure universelle est elle possible …………………………………...……12 I.7.4. Nombre de degrés de liberté ……………………………………………………..…12 I.7.5. Qualité caractéristiques et champ d’application des manipulateurs …………..……14 I.7.6. Les outils des robots manipulateurs ……………………………………….......……15 I.8. La mécanique des robots manipulateurs…………………………………………….……15 I.8.1. Positionnement d'un solide dans l'espace …………………………………………15 I.8.2. Mécanismes ………………………………………………………………….……16 I.8.3. Architecture et morphologie des robots manipulateurs …….……………..………16 I.9. L’électronique des robots manipulateurs…………………………………………………20 I.9. 1. Eléments d’une armoire de commande……………………………………………20 I.9.1.1. Le bus à cartes ………………………………………………………….…21 I.9.1.2. Les alimentations………………………………………………….………22 I.9.1.3. Les cartes d’acquisition ………………………………………...…………23 I.10. La commande des robots manipulateurs …………………………………………..……23 I.10.1. LES CAPTEURS…………………………………………………………………24 I.10.1.1. Définition ………………………………………………………….……24 I.10.1.2. Classification des capteurs ………………………………………………25 I.10.1.3. TYPE DE CAPTEUR……………………………………………..……26 I.10.2. La partie algorithmique ………………………………………………………..…27 I.10.2.1. Aspects réglage et asservissement ……………………………………..………27 I.11. Conclusion…………………………………………………………………………...…29 Chapitre II : Modélisation géométrique II.1. Introduction…………………………………………………………………………...…31 II.2.Description du robot choisi…………………………………………...……….…………31 II.2.1. L'ordinateur de contrôle…………………………………………………..………31 II.2.2. Le robot………………………………………………………………...…………32 II.3.Paramètre de Denavit-Hartenberg………………………………………………..………33 II.4. Modèle uploads/Litterature/ modelisation-et-commande-dun-robot-manipulateur-a-six-degres-de-liberte.pdf

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