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Programmation des robots industriel et application sur le robot manipulateur Algérie machines outil 1

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par Abdelkader BENMISRA
Université de Saad Dahleb de Blida (Algérie) - Magistère en Génie Mécanique 2007
  

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RÉSUMÉ

Le travail présenté dans ce mémoire, a pour objet d'apporter une contribution dans le domaine de la modélisation.

J'ai proposé une banque des données, et déterminé les modèles géométriques, cinématiques et dynamiques (direct et inverse).

J'ai appliqué le formalisme de Lagrange Dalembert, et utilisé le système de repérage de Denavit et Hartenberg, ainsi qu'une réflexion sur l'étude des erreurs statique et dynamique. Mon robot type est breveté (I.N.A.P.I.) sous le numéro 060205.

J'ai proposé un prototype, et puis définie la conception de mon manipulateur, j'ai su dimensionner, rigoureusement le robot.

En autre, le choix de ma structure est fait sous contraintes de la faisabilité et les moyens existants aux laboratoires de recherches scientifiques.

Les différentes modélisations ont été élaborées ; dans le domaine de la programmation et la simulation des manipulateurs, à travers l'étude de travaux réalisés dans diverses universités, j 'ai constaté que les différentes approches de la commande des systèmes mécanique poly articulés ont été élaborées.

La problématique générale de mon travail est de proposer un calculateur sous forme de banque des données à fin de recenser les nouvelles approches de conception dans le domaine industriel.

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS

RÉSUMÉS

TABLE DES MATIÈRES

LISTES DES ILLUSTRATIONS GRAPHIQUES ET TABLEAUX

INTRODUCTION 9

1. GENERALITES 13

1.1. Historique 13

1.2. Définitions générales 13

1.3. Structure et morphologie des robots 15

1.4. Classification des robots 17

1.5. Les porteurs (bras) 18

1.6. Caractéristiques générales des robots 21

1.7. Conclusion 21

2. MODELISATIONS GEOMETRIQUE CINEMATIQUE ET DYNAMIQUE (DIRECTE ET INVERS) DES SYSTEMES MECANIQUE POLY ATICULE

AUX ELEMENTS RIGIDES 23

2.1. Modèle géométrique 23

2.2. Les variables articulaires 24

2.3. Le système de paramétrage de Denavit-Hartenberg 24

2.4. Modèle géométrique inverse 28

2.5. Résolvabilité des S.M.P.A 30

2.6. Calcul du modèle inverse 31

2.7. Etude cinématique 31

2.8. Détermination des matrices de changements de repères 33

2.9. Modélisation dynamique 35

2.10. Méthode d'obtention du modèle dynamique 35

2.11. L'utilisation de la méthode de Runge-Kutta 38

2.12. Conclusion 39

3. LES CAUSES STRUCTURELLES ...40

3.1. Modèles dynamique des S.M.P.A. aux joins déformable 40

3.2 .Les erreurs statique et dynamique ..44

4. APPLICATIONS 58

4.1 Introduction 58

4.2 Exemple d'application et de validation 58

4.3 Fichier de résultats 64

4.4 Interprétation des résultats 66

CONCLUSION GENERALE 68

APPENDICES

REFERENCES

Listes des figures, tableaux, programmes, organigrammes, algorithmes appendices,
symboles, abréviations
, et acronymes

Figure 1.1 : Structure à chaînes simples ouvertes [21, 38,71]

Figure 1.2 : Structure à chaînes, arborescentes [21, 38,71]

Figure 1.3 : Structure à chaînes complexes [21, 38,71]

Figure 1.4 : Les douze porteurs de robots [144]

Figure 1.5 : La composition du robot industriel [7][144].

Figure 1.6 : Robots Manipulateurs Industriel à Poste Fixe (d'après I.S.O 8373) [14] Figure 2.1 : Structure arborescente [12,21]

Figure 2.2 : Système de coordonnées et paramètres de D.-H. [12,21, 27, 29, 30, 31,71] Figure 2.3 : Représentation des paramètres de D.-H. [, 8, 10,12, 35, 38,85]

Figure 2.4. : Le robot R.P.[10,12,14,21,38]

Figure 2.4 : Repère avec deux articulations. [38]

Figure 2.6 : La structure R.P. [38]

Figure 2.7 : Représentation d'un poignet. [10, 12,21]

Figure 3.1 : L'exactitude de positionnement statique d'un manipulateur. [10, 55, 65,38] Figure 3.2 : La répétitivité de positionnement statique d'un manipulateur. [10, 55, 65,38] Figure 3.3 : Exactitude de trajectoire [10, 55, 65,70]

Figure 3.4 : Flexibilité d'un segment du manipulateur [55]

Figure 3.5 : La transformation définissant le repère {Rj} dans le repère {Rj-1} [, 7, 10,12] Figure 3.6 : Compensation des erreurs des déformations [12, 10,55]

Figure 3.7 : Organigramme d'un modèle d'évaluation et de compensations des erreurs [55] Figure 4.1 : Position 1, (l'état initial).

Figure 4.2 : Phase de fraisage (faiseuse verticale).

Figure 4.3 : Phase de fraisage (fraiseuse universelle).

Figure 4.4 : Phase de perçage.

Figure 4.5 : Phase d'alésage.

Figure 4.6 : I' interface de l'utilisateur pour l'état initial

Figure 4.7 : I' interface de l'utilisateur pour la fraiseuse verticale

Figure 4.8 : I' interface de l'utilisateur pour la fraiseuse universelle

Figure 4.9 : I' interface de l'utilisateur pour la perceuse

Figure 4.10 : I' interface de l'utilisateur pour l'aléseuse

Figure 4.11: Positions

Figure 4.12: Vitesses

Figure 4.13: Accélérations

Figure 4.14: Forces, couples

Figure A. 1 : Vue de la station de fraisage alésage [21]

Figure A.2 : Schéma cinématique du robot industriel [21]

Figure A.3 : Vue en élévation en coupe d'un robot manipulateur [21]

Figure A.4 : Vue en coupe du module de levage [21, 142,144]

Figure A.5 : Module de rotation à deux cylindres [21, 142,144]

Figure A.6 : Module de déplacement longitudinal [21, 142,144]

Figure A.7 : Module de l'organe terminale [21, 142,144]

Figure L. 1 : Le problème de type 2 [27]

Figure L.2 : Le problème de type 3 [27]

Figure L.3 : Schéma représentatif d'une trajectoire dans le plan [27]

Figure L.4 : Variation de l'angle ö en fonction de á. [27]

Figure L.5 : Génération du deuxième tronçon [27]

Figure L.6 : Génération d'une trajectoire tridimensionnelle [27]

Figure L.7 : Position articulaire [27,28]

Figure L.8 : Vitesse angulaire [27,28]

Figure L.9 : Accélération articulaire [27,28]

Figure R. 1 : Convergence d'une technique de Monte-Carlo [71]

Figure R.2 : Meilleur solutions trouvées [71]

Figure R.3 : Architecture du système N.N. S. [71]

Tableau 1.1 : Représentation des liaisons mécaniques entre deux corps [14] Tableau 2.1 : Les paramètres géométriques d'un robot type. [21, 140, 141, 142,144] Tableau R. 1 : Les principales formes d'usure [138]

Tableau R.2 : Liste des systèmes de CAO ayant des applications en robotique [64] Tableau R.3 : Avantages des programmations par CAO [64]

Programme : (Appendice B) : Le programme de l'espace de travail. [21, 71,143] Programme : (Appendice C) : Le programme principal. [21, 7 1,143]

Programme : (Appendice D) : Le programme de synchronisation. [21,71,143] Programme : (Appendice E) : Programme de calcul des forces des moments.[21,71,143] Programme : (Appendice F) : Programme de calcul des forces actives.[21,71,143] Programme : (Appendice G) : Programme de calcul des forces actives.[21,71,143] Programme : (Appendice H) : Programme de model géométrique direct. [21,71,143] Programme : (Appendice R) : Programmation et contrôle d'exécution [64,104] Organigramme :(Figure 3.7.) : Organigramme d'un modèle d'évaluation [55] Organigramme :( Appendice I) : Organigramme général

Organigramme :( Appendice R) : Organigramme d'un processus d'optimisation [71] Algorithme 2.1.: Algorithme simplifié du programme [143]

Algorithme R. 1. : ( Appendice R): Algorithme de la technique de Monte-Carlo [71] Algorithme R.2. :( Appendice R): Algorithme de la technique de Hill-Climbing [71] Algorithme R.3. :( Appendice R): Algorithme, Mont-Carlo avec réduction d'intervalle [71] Algorithme R.4. :( Appendice R): Algorithme de la recherche Tabou [71]

Algorithme R.5. :( Appendice R): Algorithme Génétique [71]

Algorithme R.6. : [Processus](Appendice R): Processus d'assemblage[64, 104] Appendice A : Le brevet d'invention [I.N.A.P.I.]

Appendice B : Le programme de l'espace de travail

Appendice C : Le programme principal

Appendice D : Le programme de synchronisation

Appendice E : Programme de calcul des forces des moments articulaires Appendice F : Programme de calcul des forces actives

Appendice G. : Programme de simulation

Appendice H. : Programme de model géométrique direct

Appendice I : Organigramme général

Appendice J : Le système d'équation non linéaire [21,38 ,7 1]

Appendice K : Dérivation de la matrice de transformation homogène [21,38] Appendice L : Exemple de trajectoires (Génération de trajectoires)[27,28] Appendice M: Dérivée de la matrice de transformation homogène [21, 38,71] Appendice N : Expression de l'énergie cinétique [21, 38,71]

Appendice O : Expression des coefficients dynamiques [21, 38,71]

Appendice P : Propriété des coefficients dynamiques [21,71]

Appendice Q : Formalisme de NEWTON-EULER [71]

9

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