Généralités sur la robotique
Le robot : L’origine du mot robot provient de la langue tchèque dans laquelle sont ancêtre «robota» qui signifie « travail forcé ».
Un robot est un dispositif électromécanique capable de réagir d’une certaine façon à son environnement, et de prendre des décisions ou d’agir de façon autonome afin de parvenir à une tâche spécifique.
Bref, nous pouvons dire que c’est une machine programmable qui imite des actions d’une créature intelligente.
La robotique : Le terme de robotique est apparu en 1942 dans le cycle universellement connu rédigé par Isaac Asimov. Par définition, c’est l’ensemble des activités de construction (réalisation) et de mise en œuvre (conception) des robots étant aussi dit machines automatiques.
Les différentes composantes d’une cellule robotisée
Le mécanisme : ayant une structure plus ou moins proche de celle du bras humain, il permet de remplacer ou de prolonger son action. Sa motorisation est réalisée par des actionneurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques qui transmettent leurs mouvements aux articulations par des systèmes appropriés. La perception: qui permet de gérer les relations entre le robot et son environnement. La commande: qui synthétise les consignes des asservissements pilotant les actionneurs. A partir de la fonction de perception et des ordres de l’utilisateur, elle permet d’engendrer les actions de robot.
L’interface homme-machine à travers laquelle l’utilisateur programme les tâches que le robot doit exécuter.
Le poste de travail et les dispositifs qui constituent l’environnement dans lequel évolue le robot. Afin de mieux éclaircir ce qui est présenté précédemment, nous allons voir une figure illustrant la représentation schématique des relations entre l’utilisateur du robot et les taches que ce dernier exécutera.
Les différents types de robots
Nous pouvons constater qu’il existe deux sortes de robot : les robots fixes et les robots mobiles. Les robots fixes : Les robots fixes sont situés généralement dans les industries de pointes. Ils sont programmés pour exécuter fidèlement des actions répétitives avec un haut degré de précision. Il est à noter qu’un robot manipulateur peut être considéré comme étant un robot fixe.
Les robots mobiles : Les robots mobiles sont des robots à base mobile, par opposition notamment aux robots manipulateurs. Ils sont capables de se déplacer, sous commandés par un système de commande. Parfois ces robots peuvent transporter sur leur plateforme un robot manipulateur.
Choix entre un robot fixe et un robot mobile
Parfois un robot fixe peut être autonome ou contrôlé manuellement et peut être utilisé pour effectuer une variété de tâches avec une grande précision et ils sont conçus pour des applications industrielles.
De son côté, un robot mobile robots mobiles sont des véhicules intelligents complètement autonomes comme tâche, il joue le rôle d’un traceur ou d’un transporteur.
Sur ce, le choix se repose selon le besoin de l’utilisateur alors la première étape consiste à déterminer ce que doit faire votre robot c’est à dire : quel est son but dans la vie ?
Les robots peuvent être utilisés dans presque toutes les situations et visent principalement à aider les humains d’une certaine façon donc il suffit juste de déterminer les taches spécifiques que peuvent faire le robot.
Dans notre cas, nous allons nous intéresser plus particulièrement à un robot qui pourra interagir avec le milieu industriel.
Structure générale d’un robot manipulateur
Un robot manipulateur est constitué d’un ensemble de composants, ayant chacun un rôle bien spécifique. Ces composants sont au nombre de cinq que nous détaillons ci-après.
Système mécanique articulé : Un système mécanique articulé (SMA) est un ensemble de solides reliés entre eux par des liaisons (pivot, glissière, rotule, sphérique. . .) animées avec des joints mécaniques. Dans le SMA, certaines liaisons sont motorisées. On parlera de liaisons actives, c’est le cas des liaisons pivots. D’autres liaisons sont non motorisées ; elles sont appelées passives telles que les liaisons rotules.
Actionneurs ou organes de motorisation : Le terme actionneur désigne tout dispositif générateur d’effort à vitesse variable qui permet de modifier la configuration d’un robot manipulateur. Si on se limite aux actionneurs pratiquement utilisables, il est possible de les classer suivant :
Le type du mouvement généré : Dans l’état actuel de la technologie, on trouve les actionneurs linéaires qui développent une force et génèrent un mouvement de translation parallèlement à cette force, et les actionneurs rotatifs qui développent un couple et génèrent un mouvement de rotation autour de l’axe du couple.
La nature de la source d’énergie : On dispose d’actionneurs pneumatiques qui utilisent l’air comprimé comme source d’énergie, d’actionneurs hydrauliques sous pression, et d’actionneurs électriques qui utilisent l’énergie électrique. La puissance massique et le pouvoir d’accélération sont des critères importants qui permettent une comparaison objective de ces différents types d’actionneurs.
Effecteur ou organe de préhension : L’effecteur est l’organe terminal du robot, il est fixé au poignet de celui-ci. Ce poignet se termine généralement par une plaque de base, percée de trous filetés, cela permet la fixation de différents effecteurs à un robot universel et donc l’adaptation de celui-ci à des tâches spécifiques.
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE A : CONTEXTE GENERALE
CHAPITRE 1 : ETAT DE L’ART
1.1 Introduction
1.2 Généralités sur la robotique
1.2.1 Définitions
1.2.1.1 Le robot
1.2.1.2 La robotique
1.2.2 Historiques
1.3 les différentes composantes d’une cellule robotisée
1.4 Les différents types de robots
1.4.1.1 Les robots fixes
1.4.1.2 Les robots mobiles
1.4.2 Domaines d’application
1.4.3 Choix entre un robot fixe et un robot mobile
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 : LE ROBOT MANIPULATEUR
2.1 Introduction
2.2 Définitions
2.3 Les différents types de robots manipulateurs
2.3.1 Les robots SCARA : SCARA = Selective Compliance Articulated Robot for Assembly
2.3.2 Les robots cylindriques
2.3.3 Les robots sphériques
2.3.4 Les robots Cartésiens
2.3.5 Les robots parallèles
2.3.6 Les robots anthropomorphes
2.4 Structure générale d’un robot manipulateur
2.4.2 Système mécanique articulé
2.4.3 Actionneurs ou organes de motorisation
2.4.4 Effecteur ou organe de préhension
2.4.5 Capteurs ou organes de perception
2.4.6 Système de traitement
2.5 Asservissement pour un robot manipulateur
2.6 Applications des robots manipulateurs
2.7 Intérêts de l’utilisation des robots manipulateurs
2.7.1 Facteurs économiques
2.7.2 Facteurs humains
2.7.3 Facteurs environnementaux
2.8 Conclusion
PARTIE B : MATERIELS ET METHODES
CHAPITRE 3 : APPROCHE MATHEMATIQUES
3.1 Introduction
3.2 Notions de base
3.3 Spécification pour les rotations
3.4 Description de Denavit-Hartenberg Modifiée ( DHM )
3.5 Modèle géométrique direct ( MGD )
3.6 Modèle géométrique inverse ( MGI )
3.7 Modèle cinématique
3.7.1 Modèle cinématique direct ( MCD )
3.7.2 Modèle cinématique inverse (MCI)
3.8 Modèle de déformation
3.8.2 Hypothèses principales
3.8.3 Détermination des sources principales de flexibilité des robots séries
3.8.4 Flexibilité
3.9 Modèle Dynamique du Robot : MDD et MDI
3.9.1 Modélisation dynamique du robot
3.9.2 Modèle dynamique direct(MDD)
3.9.3 Modèle dynamique inverse (MDI)
3.9.4 Paramètres de la matrice d’inertie
3.9.5 Modèle de frottement
3.9.6 Compensation de gravité
3.10 Conclusion
CHAPITRE 4 : METHODE DE CONCEPTION D’UN ROBOT MANIPULATEUR
4.1 Introduction
4.2 Choix d’une plate-forme robotique
4.2.1 Description
4.2.2 Avantages
4.2.3 Inconvénients
4.3 Conception de la structure mécanique
4.3.1 Architecture d’un robot manipulateur
4.3.1.1 Architecture série
4.3.2 Les liaisons
4.3.2.1 Le porteur
4.3.2.2 Les degrés de liberté (d.d.l)
4.3.2.3 Le poignet
4.4 Les actionneurs
4.4.1 Les actionneurs rotatifs
4.4.2 Les actionneurs linéaires
4.4.3 Choix d’un actionneur
4.5 Conception du système de commande et de traitement
4.5.1 Le microcontrôleur
4.5.1.1 Les broches d’un microcontrôleur
4.5.1.2 Les caractéristiques d’un microcontrôleur
4.5.1.3 Les différents types de microcontrôleurs
4.5.1.4 Choix d’un microcontrôleur
4.5.2 Programmation d’un microcontrôleur
4.6 Les contrôleurs de moteur
4.6.1 Définitions
4.6.2 Types de contrôleurs de diamètre
4.6.3 Choix d’un contrôleur de moteur
4.7 Système de contrôle du robot
4.7.1 Les différents systèmes de contrôle d’un robot
4.7.2 Choix d’un système de contrôle robot
4.7.2.1 Avantages
4.7.2.2 Inconvénients
4.8 Principe de fonctionnement
4.9 Conclusion
CHAPITRE 5 : METHODE DE REALISATION D’UN ROBOT MANIPULATEUR
5.1 Introduction
5.2 Les matériels de réalisation
5.2.1 Les outils mécaniques
5.2.2 Les outils électriques
5.2.3 Les outils divers
5.2.4 Les logiciels
5.3 Les matériaux de réalisation
5.4 Assemblage d’un robot
5.4.1 Fabrication du cadre
5.4.2 Choix du matériau
5.5 Etapes d’assemblage pour création d’un cadre de robot
5.6 Montage de tous les composants sur le cadre
5.6.1 Raccordement des moteurs à des contrôleurs de moteurs
5.6.2 Raccordement des batteries à un contrôleur de moteur ou à un microcontrôleur
5.6.3 Connection des contrôleurs de moteurs à un microcontrôleur
5.7 Programmation d’un robot
5.7.1 Choix du langage de programmation
5.7.2 Mise en route pour la programmation
5.8 conclusion
PARTIE C : RESULTATS ET DISCUSSIONS
CHAPITRE 6 : REALISATION D’UN ROBOT MANIPULATEUR ROB-MANIP 1.1
6.1 Introduction
6.2 Présentation du projet
6.2.2 Description d’un robot six axes
6.3 Cahier des charges
6.4 Partie conception
6.4.1 Développement un modèle 3D de ROB-MANIP 1.1
6.4.1.1 Contraintes matérielles
6.4.1.2 Présentation des pièces constitutifs du robot
6.4.2 Simulation du projet
6.4.2.1 Contraintes matérielles
6.4.2.2 Programmation
6.4.2.3 Simulation sous Proteus ISIS
6.5 Partie Réalisation
6.5.1 Réalisation du prototype de ROB-MANIP 1.1
6.5.1.1 Contraintes matérielles
6.5.2 Programmation du robot
6.5.2.1 Organigramme
6.5.2.2 Description du programme
6.6 Conclusion
CHAPITRE 7 : RESULTATS ET DISCUSSIONS
7.1 Introduction
7.2 Présentation du cadre du robot en 3D
7.3 Présentation de ROB-MANIP 1.1
7.3.2 Les tâches du robot
7.3.3 Pilotage des servomoteurs du robot
7.3.4 Commande du robot
7.3.4.1 Commande manuelle
7.3.4.2 Commande automatique
7.3.5 Alimentation du robot
7.3.6 Programmation du robot
7.3.6.1 Structure globale du programme
7.3.6.2 Déroulement du programme
7.3.6.3 Explication du programme
7.4 Perspectives d’amélioration
7.4.1 Utilisation des capteurs
7.4.2 Application du robot manipulateur dans le domaine industriel
7.5 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
