ROBOTIQUE - ENSTA Bretagne

1 ROBOTIQUE . ISTIA, Universit Angers Jean-Louis Boimond La ROBOTIQUE peut tre d finie comme l'ensemble des techniques et tudes tendant concevoir des syst mes m caniques, informatiques ou mixtes, capables de se substituer l'homme dans ses fonctions motrices, sensorielles et intellectuelles. 1 G N RALIT S. D finitions Constituants d'un robot Classification des robots Caract ristiques d'un robot Les g n rations de robot Programmation des robots 2 DEGR DE LIBERT S - ARCHITECTURE. Positionnement d'un solide dans l'espace Liaison M canismes Morphologie des robots manipulateurs 3 MOD LE G OM TRIQUE D'UN ROBOT EN CHA NE SIMPLE. N cessit d'un mod le Coordonn es op rationnelles Translation et rotation Matrices de transformation homog ne Obtention du mod le g om trique Param tres de Denavit-Hartenberg modifi . Exemple Exercice Inversion du mod le g om trique - M thode de Paul Solutions multiples Espace de travail Aspects 4 G N RATION DE MOUVEMENT.

2 5 DESCRIPTION PRATIQUE DU ROBOT ST UBLI RX 90. Description g n rale Mise en route du syst me Mise en position initiale du bras du robot Arr t du syst me 6 MISE EN MOUVEMENT DU BRAS DU ROBOT ST UBLI RX 90. Les modes de d placement Contr le du robot partir du pendant Contr le du robot partir d'un programme page 1. 7 DESCRIPTION PRATIQUE DES ROBOTS FANUC LR MATE 100 IB ET ARC MATE 100 IB. Description g n rale Mise en route du syst me Arr t du syst me 8 MISE EN MOUVEMENT DU BRAS DES ROBOTS FANUC LR MATE 100 IB ET ARC MATE. 100 IB. Les modes de d placement Mise en mouvement en mode manuel Mise en mouvement en mode programme Quelques instructions de mouvement Entr es/Sorties Structures algorithmiques de base Sous-programme Exemple de programme Bibliographies : 1) Modeling, Identification & Control of Robots, W.

3 Khalil, E. Dombre, Hermes Penton Science 2002, 480 pages 2) ROBOTIQUE . Aspects fondamentaux, Lallemand, S. Zeghloul, Masson 1994, 312 pages 3) Mod lisation et commande des robots, W. Khalil, G. Lebret, Cours EI3 Automatique de l'ECN 94/95. 4) Cours de ROBOTIQUE , Ferrier, DESS ASC. 5) Robots. Principes et contr le, C. Vibet, Ellipses 1987, 207 pages 6) Cours de ROBOTIQUE , J. Gangloff, ENSPS, 7) Introduction to Robotics Mechanics and Control, 2th edition, John J. Craig, Addison-Wesley Publishing Company, 1989, 450 pages. 1 G N RALIT S. Pour concevoir, simuler ou commander un robot, il est n cessaire, entre autres, de disposer de mod les du m canisme. Plusieurs niveaux de mod lisation sont possibles. Ils d pendent des sp cifications du cahier des charges de l'application envisag e : il en d coule des mod les g om triques, cin matiques1 et dynamiques partir desquels peuvent tre engendr s les mouvements du robot, ou bien des mod les statiques qui d crivent les interactions du m canisme avec son environnement.

4 L'obtention de ces diff rents mod les n'est pas ais e, la difficult variant selon la complexit de la cin matique de la cha ne articul e. Entrent en ligne de compte le nombre de degr s de libert , le type des articulations mais aussi le fait que la cha ne peut tre ouverte simple, arborescente ou ferm e. D finitions Le Petit Larousse d finit un robot comme tant un appareil automatique capable de manipuler des objets, ou d'ex cuter des op rations selon un programme fixe ou modifiable. En fait, l'image que chacun s'en fait est g n ralement vague, souvent un robot est d fini comme un manipulateur automatique cycles programmables. Pour "m riter" le nom de robot, un syst me doit poss der une certaine flexibilit , caract ris e par les propri t s suivantes : 1. cin matique : partie de la m canique qui tudie les mouvements des corps, abstraction faite des forces qui les produisent.

5 Page 2. - La versatilit 2 : Un robot doit avoir la capacit de pouvoir ex cuter une vari t de t ches, ou la m me t che de diff rente mani re ;. - L'auto-adaptativit : Un robot doit pouvoir s'adapter un environnement changeant au cours de l'ex cution de ses t ches. L'Association Fran aise de Normalisation ( ) d finit un robot comme tant un syst me m canique de type manipulateur command en position, reprogrammable, polyvalent ( , usages multiples), plusieurs degr s de libert , capable de manipuler des mat riaux, des pi ces, des outils et des dispositifs sp cialis s, au cours de mouvements variables et programm s pour l'ex cution d'une vari t de t ches. Il a souvent l'apparence d'un, ou plusieurs, bras se terminant par un poignet. Son unit . de commande utilise, notamment, un dispositif de m moire et ventuellement de perception et d'adaptation l'environnement et aux circonstances.

6 Ces machines polyvalentes sont g n ralement tudi es pour effectuer la m me fonction de fa on cyclique et peuvent tre adapt es d'autres fonctions sans modification permanente du mat riel. Historique : 1947 : Premier manipulateur lectrique t l op r . 1954 : Premier robot programmable. 1961 : Utilisation d'un robot industriel, commercialis par la soci t UNIMATION (USA), sur une cha ne de montage de General Motors. 1961 : Premier robot avec contr le en effort. 1963 : Utilisation de la vision pour commander un robot. Pour illustrer ce cours, nous utiliserons deux robots industriels : un robot St ubli de la gamme RX, un robot FANUC ARC (6 axes) ou LR (5 axes). Une synth se sur le th me de la ROBOTIQUE est faite dans un article crit par B. Espiau (INRIA. Rh ne-Alpes) et intitul La ROBOTIQUE : Histoire et perspectives.

7 Ce document est disponible sur le WEB l'adresse Constituants d'un robot Vocabulaire : Actionneur (moteur) Axe (articulation). Corps (segment) Organe terminal (outil). Base (socle). 2. versatilit : caract re versatile (changeant). page 3. On distingue classiquement 4 parties principales dans un robot manipulateur : informations proprioceptives syst me m canique actionneurs articul ( ) capteurs + un organe terminal (voire plusieurs). environnement syst me de commande et de traitement de l'information informations ext roceptives Sous le terme organe terminal, on regroupe tout dispositif destin manipuler des objets (dispositifs de serrage, dispositifs magn tiques, d pression, ), ou les transformer (outils, torche de soudage, pistolet de peinture, ). En d'autres termes, il s'agit d'une interface permettant au robot d'interagir avec son environnement.

8 Un organe terminal peut tre multi-fonctionnel, au sens o il peut tre quip de plusieurs dispositifs ayant des fonctionnalit s diff rentes. Il peut aussi tre mono-fonctionnel, mais interchangeable. Un robot, enfin, peut- tre multi-bras, chacun des bras portant un organe terminal diff rent. On utilisera indiff remment le terme organe terminal, pr henseur, outil ou effecteur pour nommer le dispositif d'interaction fix l'extr mit mobile de la structure m canique. Le syst me m canique articul ( ) est un m canisme ayant une structure plus ou moins proche de celle du bras humain. Il permet de remplacer, ou de prolonger, son action (le terme "manipulateur" exclut implicitement les robots mobiles autonomes)3. Son r le est d'amener l'organe terminal dans une situation (position et orientation) donn e, selon des caract ristiques de vitesse et d'acc l ration donn es.

9 Son architecture est une cha ne cin matique de corps, g n ralement rigides (ou suppos s comme tels), assembl s par des liaisons appel es articulations. Sa motorisation est r alis e par des actionneurs lectriques, pneumatiques ou hydrauliques qui transmettent leurs mouvements aux articulations par des syst mes appropri s. Pr cisons la notion d'articulation : Une articulation lie deux corps successifs en limitant le nombre de degr de libert (notion pr cis e au ) de l'un par rapport l'autre. Soit m le nombre de degr . de libert r sultant, encore appel mobilit de l'articulation. La mobilit d'une articulation est telle que : 0 m 6. Lorsque m = 1 ; ce qui est fr quemment le cas en ROBOTIQUE , l'articulation est dite simple : soit roto de, soit prismatique. 3. Les caract ristiques propres aux robots mobiles ne sont pas prises en compte dans ce cours.

10 La mobilit d'un robot permet notamment d'augmenter son espace de travail. page 4. Articulation roto de : Il s'agit d'une articulation de type pivot, not e R, r duisant le mouvement entre deux corps une rotation autour d'un axe qui leur est commun. La situation relative entre les deux corps est donn e par l'angle autour de cet axe (voir la figure suivante). Figure : Symbole de l'articulation roto de. Articulation prismatique : Il s'agit d'une articulation de type glissi re, not e P, r duisant le mouvement entre deux corps une translation le long d'un axe commun. La situation relative entre les deux corps est mesur e par la distance le long de cet axe (voir la figure suivante). Figure : Symbole de l'articulation prismatique. Remarque : Une articulation complexe, , avec une mobilit sup rieure 1, peut toujours se ramener une combinaison d'articulations prismatique ou roto de.