Cours de Robotique Cours de Robotique
ENSPS 3A ENSPS 3A MASTER ISTI MASTER ISTI
Jacques Gangloff Jacques Gangloff
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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
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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
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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
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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
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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 :
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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.
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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.
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3. Vocabulaire de la robotique 3. Vocabulaire de la robotique
• Actionneur = moteur
• Axe = articulation
• Corps = segment
• Organe terminal
• Effecteur = outil
• Base
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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 : 11
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– Articulation prismatique :
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– Articulation rotoïde :
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• Caractéristiques géométriques :
• Nombre d'axes (mus par un actionneur). • Architecture (série ou parallèle). • Chaînage des articulations. • Nombre de degrés de liberté.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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4. Caractérisation des robots 4. Caractérisation des robots 4.6. Exemple 4.6. Exemple
ABBABBTMTM
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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 :
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SankyoTMTM Sankyo
AdeptAdeptTMTM
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 :
SeikoTMTM Seiko
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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 :
FANUCTMTM FANUC
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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 :
ToshibaTMTM Toshiba
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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 :
COMAUTMTM COMAU
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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 :
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KawasakiTMTM Kawasaki
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
SN-IRB SN-IRB Série 1 Série 1
SN-IRB SN-IRB Série 4 Série 4
SN-IRB SN-IRB Série 2 Série 2
SN-IRB SN-IRB Série 6 Série 6
Charge Charge utileutile
Rayon Rayon d'action d'action
Masse Masse du robot du robot
5-6 kg 5-6 kg
10-16 kg 10-16 kg
45 kg 45 kg
120 kg 120 kg
1,45m1,45m
1,55m1,55m
1,95m1,95m
2,8m2,8m
225 kg 225 kg
350 kg 350 kg
900 kg 900 kg
2000 kg 2000 kg
ABBABBTMTM
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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
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hostile, ...).
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6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples
• Robot soudeurs :
Par points Par points
A l'arcA l'arc
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6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples
• Robots de palettisation :
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6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples
• Autres applications :
Chargement Chargement
Polissage Polissage
Positionnement Positionnement
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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
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6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples
• Statistiques nationales (2003) :
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6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples 6.1. Tâches simples
• Statistiques internationales (2001) :
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6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.2. Tâches complexes 6.2. Tâches complexes
• Robotique de service :
Robot pompiste Robot pompiste
Robot grimpeur Robot grimpeur
Robot laveur d'avion Robot laveur d'avion
Robot de construction Robot de construction
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6. Utilisation des robots 6. Utilisation des robots 6.2. Tâches complexes 6.2. Tâches complexes
• Robotique médicale :
Computer motionTMTM Computer motion
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Intuitive surgicalTMTM Intuitive surgical
Assistance Assistance auxaux personnes personnes handicapées handicapées
7. Avenir de la robotique 7. Avenir de la robotique
• Stagnation du nombre de robots utilisés pour des
tâches simples.
• Forte croissance du nombre des robots utilisés
pour des tâches complexes :
– Robotique de service, – Robotique d'assistance aux manipulations dans la
recherche biologique et génétique,
– Robotique médicale, – Robotique ludique
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7. Avenir de la robotique 7. Avenir de la robotique
• Statistiques internationales (2003) :
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8. Bibliographie 8. Bibliographie
• M. W. Spong et M. Vidyasagar, Robot dynamics and control, John
Wiley & sons.
•
John J. Craig, Introduction to robotics - mechanics and control, Addison-Wesley.
• C. Canudas de Wit, B. Siciliano et G. Bastin, Theory of robot
control, Sringer.
• H. Asada et J.-J. E. Slotine, Robot analysis and control, John
Wiley & sons.
• E. Dombre et W. Khalil, Modélisation et commande des robots,
Hermes.
•
J.-P. Lallemand et S. Zeghloul, Robotique - Aspects fondamentaux, Masson.
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