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Chapitre 0 : Généralités sur la robotique 1/125 Historique de la robotique • Ét

Chapitre 0 : Généralités sur la robotique 1/125 Historique de la robotique • Étymologie : le mot tchèque robota (travail). • Définition : un robot est un système mécanique polyarticulé 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. • 6 Classes de robots selon la JIRA (Japan Industrial Robot Association) Unimate 2/125 Disciplines de la robotique • Mécanique : conception, réalisation, modélisation des robots. • Electronique : mise en place de composants pour les robots, (télé)communications • Informatique : création de programmes destinés à la gestion du transfert d’information entre les différents composants du robot. • Automatique : commande, calibrage des capteurs, des effecteurs, identification des paramètres • Traitement du signal : analyse des informations enregistrées par les capteurs du robot. • Mathématiques : modèles mathématiques pour la prise de décision ou/et l’apprentissage, calcul de trajectoires, localisation, planification. • Sciences cognitives : interactions homme-machine, machine-machine, prise de décision. 3/125 Différentes structures de robots • Deux structures principales : – Robots manipulateurs : robots à base fixe permettant de manipuler des objets – Robots mobiles : robots permettant de se déplacer. Parfois ils transportent sur leur plateforme un robot manipulateur. • Eléments de technologie : – Actionneurs – Guidage et transmission – Capteurs – Interfaçage avec un contrôleur 4/125 Vocabulaire • Effecteur = outil • Organe terminal = dernier corps mobile • Axe = articulation • Corps • Base = corps fixe POIGNET PORTEUR 5/125 Vocabulaire • Configuration articulaire – Position et orientation des différents corps du robots les uns par rapport aux autres • Configuration opérationnelle – Position et orientation du corps terminal par rapport au corps de base (indépendamment des autres corps) • En général, pas de bijection – existence de modes d’assemblage, redondance. – distinguer le nombre d’axes et le nombre de degrés de liberté de l’effecteur (DDL) 6/125 Paramétrage articulaire i0 j0 j1 i1 q1 j2 i2 q2 j3 i3 q3 • on attache un repère à chaque corps • on définit un angle entre les axes des repères successifs • on regroupe 3 angles dans un vecteur des paramètres articulaires q. q T q q q 1 2 3 7/125 Paramétrage opérationnel O0 i0 j0 x T x y  iT jT OT  x y 8 / 117 Modèle géométrique direct i0 j0 j1 i1 j2 i2 j3 i3 q1 q2 q3 l1 l2 l3 9 / 117 Modèle géométrique inverse 10/125 Nb d’axes vs nb de DDL de l’effecteur • Soit un robot possédant n axes. • Le nombre de DDL maximal pour l’effecteur est : mmax= inf(n,6) • Singularité : lorsque le nombre m de DDL de l’effecteur est inférieur à mmax. – Singularité permanente = jamais m n’atteint mmax. – Configuration singulière = m vaut mmax en général, mais pas dans certaines configurations. 11/125 Modélisation cinématique 12/125 Caractérisation des robots manipulateurs • Description de la cinématique – Nombre d’axes (nombres d’actionneurs commandés) – Nombre de degrés de liberté de l’effecteur (classe des déplacements engendrés) – Structure du robot – Schéma cinématique 13/125 Les robots SCARA • SCARA : Selective Compliance Assembly Robot Arm • 4 axes (articulations) : – 3 rotations – 1 translation verticale • Robots très rapides et précis • Plutôt bon marché • Usage limité aux applications quasi plane (mouvements dans la plan horizontal + une translation verticale) www.adept.com www.sankyoseiki.co.jp/fa/index-e.html 14/125 Les robots cylindriques • Coordonnées cylindriques • 3 axes (articulations) : – 1 translation verticale – 1 rotation d’axe vertical – 1 translation horizontale • Robots très rapides Robot cylindrique SEIKO 15/125 Les robots sphériques • Coordonnées sphériques • 3 axes (articulations) : – 1 rotation d’axe vertical – 1 rotation d’axe horizontal – 1 translation Robot sphérique FANUC 16/125 Les robots à parallélogramme • Rigidité à moindre masse • Actionneurs près de la base http://www.snmi. com/robots.htm http://st12.yaho o.com/rfa/index .html 17/125 Les robots 6 axes anthropomorphes • Par rapport aux robots à parallélogramme : – plus léger – plus dextre – moins rigide – plus grand domaine accessible – moins de charge utile http://st12.yahoo.com/rfa/index.html Stäubli 18/125 Les robots cartésiens • Constitués uniquement d’axes en translation : • axes perpendiculaires 2 à 2. • commande simplifiée. • possibilité d’insérer un poignet pour ajouter des d.d.l. en rotation. • série : faible rigidité. • portique : grand encombrement. • guidage et mesure de précision. Toshiba LSIIT / GRAViR 19/125 Les robots parallèles • Plusieurs chaînes cinématiques en parallèle • grande rigidité. • légers et rapides (moteurs sur base fixe) • Efforts importants • petit espace de travail COMAU Simulateur de vol 20/125 Les robots redondants • nombre d’axes n > nombre de degrés de liberté de l’effecteur • grande maniabilité. • infinité de configurations articulaires pour une même position de l ’effecteur • commande complexe. • applications avancées Kuka LWR 21/125 Caractérisation des robots manipulateurs • Volume accessible – Volume de travail du robot, difficile à représenter pour 6DDL – Il dépend de : la cinématique du robot, la longueur des segments, les butées articulaires – Graphiquement, on donne le volume accessible d’un point (centre outil, centre poignet) pour au moins une orientation SCARA SCARA Sphérique Sphérique Cylindrique Cylindrique Cartésien Cartésien Anthrop. Anthrop. 22/125 Caractérisation des robots manipulateurs • Précision du positionnement – Le positionnement du robot est soumis à de nombreuses erreurs : erreurs de mesure (quantification, erreurs sur le zéro), jeux, flexibilités, erreurs dans la modélisation géométrique du robot (longueurs, …) – Le positionnement absolu est en général mauvais (un à plusieurs millimètres). – La répétabilité est bien meilleure (d’un ordre au moins): c’est la précision de reproduction d’un mouvement répété plusieurs fois avec la même charge. C’est le paramètre adapté lorsque l’on considère des cycles répétitifs avec une programmation par apprentissage • Performances dynamiques – Vitesse maximale : • seule la vitesse maximale au niveau des articulations a un sens. • les constructeurs donnent souvent la vitesse maximale en bout de bras, dans la configuration la plus favorable. – Capacités d ’accélération • Déterminées à partir des couples nominaux des moteurs et du modèle dynamique du robot. • Dépendent de la charge et de la configuration. 23/125 Caractérisation des robots manipulateurs • Charge utile – C ’est la charge maximale telle que les autres performances du robot (précision, vitesse max, …) sont garanties quelle que soit la position – Très inférieure à la charge maximale que peut porter le robot dans la configuration la plus favorable. La configuration la plus défavorable est en général « bras tendu horizontal ». – Spécifié par une masse et une distance maximale entre le « centre outil » et le centre de gravité de la charge (influence des moments). 24/125 Différentes structures de robots • Deux structures principales : – Robots manipulateurs : robots à base fixe permettant de manipuler des objets – Robots mobiles : robots permettant de se déplacer. Parfois ils transportent sur leur plateforme un robot manipulateur. • Eléments de technologie : – Actionneurs – Guidage et transmission – Capteurs – Interfaçage avec un contrôleur 25/125 Robots à roues • Caractérisés par : – le nombre d’essieux, – le nombre de roues, – le type de roues, – articulations entre les essieux, et la mobilité qui en résulte. • Deux grandes catégories : – Robots omnidirectionnels, – Robots non holonomes 26/125 Robot “unicycle” • Un seul essieu, deux roues motrices indépendantes. • La stabilité de la plateforme est assurée en général par des roues folles (ou des appuis glissants). Robot Epuck utilisé en TP 27/125 Non-holonomie • Contrainte holonome = équation algébrique liant les variables d’état. • Concrètement, ici, x, y et q ne varient pas de façon indépendante. • Conséquence : la plateforme peut aller n’importe où, mais pas par n’importe quel chemin => besoin de planifier (problème du créneau). (beaucoup d’illustrations de la partie robotique mobile sont empruntées au polycopié de B. Bayle à l’ENSPS : http://eavr.u- strasbg.fr/~bernard/education/ensps_3a/poly_3a.pdf ) 28/125 Modèle cinématique • Relie les vitesses de commande aux vitesses opérationnelles 29/125 Exemple de robot “unicycle” • Odométrie = mesure de la rotation des roues pour connaître le déplacement et du robot, par intégration dans le temps, sa position dans le plan. 30/125 Le Segway • Pas d’autonomie décisionnelle (pas vraiment un robot, mais issu de la robotique) • Gestion dynamique de l’équilibre (pendule inverse). 31/125 Voitures autonomisées • 2 ou 4 roues motrices / différentiel • Véhicules existants auxquels on ajoute des organes de commande et des capteurs. • Voir le challenge DARPA. • 32/125 Robots omnidirectionnels • Comme leur nom l’indique, … • Roues suédoises : peuvent « glisser » latéralement. • Problème : odométrie. 33/125 Robots tous-terrains à essieux articulés • Exemple : Roburoc 6 (ISIR – Robosoft). 34/125 Autres formes de uploads/Management/ chapitre-0-rappels-robotique-pdf 1 .pdf