Contribution à la modélisation dynamique, l'identification et la synthèse de lois de commande adaptées aux axes flexibles d'un robot industriel PDF Download
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Author: Marouene Oueslati
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Book Description
Les robots industriels représentent un moyen de production sophistiqués pour l'industrie manufacturière d'aujourd'hui. Ces manipulateurs sont plus agiles, plus flexibles et moins coûteux que les machines-outils spécialisées. L'exploitation de ces avantages fait l'objet d'une demande croissante de l'industrie. La dynamique de ces manipulateurs est soumise à des nombreuses sources d'imprécision. En effet les défauts de la chaîne de transmission, ou encore les éléments de liaisons peuvent être le siège de déformations et de vibrations dégradant sensiblement leur précision. Ces phénomènes physiques sont d'autant plus difficiles à compenser que seul un sous ensemble des états du système est mesuré par les codeurs moteurs. La structure de commande industrielle actuelle d'un robot n'agit donc pas directement sur ces phénomènes. Il est nécessaire alors de progresser sur le front de l'amélioration de la précision par l'adaptation de la commande à ces nouvelles exigences. Un état de l'art met en évidence un manque de travaux qui traitent de l'élaboration d'anticipations adaptées aux axes d'un robot et intégrant les phénomènes de déformation. En outre, la planification de trajectoire n'est classiquement pas remise en cause et peu évoquée. Elle représente pourtant un moyen d'action éprouvé afin d'améliorer les performances dynamiques en suivi de profil. L'approche proposée dans ce mémoire se veut une alternative à ces méthodes. Elle est basée sur une exploitation d'un modèle dynamique représentatif et détaillé. Il intègre les principaux phénomènes physiques mis en évidence tels que les effets de la gravité, les systèmes mécaniques de compensation, les forces de frottement et la flexibilité articulaire. Cette modélisation associée à des méthodes d'identification expérimentale est exploitée afin de déduire une structure de commande. Elle permet la réduction des déformations élastiques et des vibrations par une action sur la précommande et sur la loi de mouvement adaptée. Ainsi, nous introduisons une méthode d'estimation non asymptotique appliquée en robotique, afin d'estimer rapidement les paramètres vibratoires de ce dernier et contribue à une réactualisation des modèles exploités. Des résultats expérimentaux montrent que cette méthodologie mène à une amélioration des performances de positionnement par rapport à la commande industrielle.
Author: Marouene Oueslati
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Les robots industriels représentent un moyen de production sophistiqués pour l'industrie manufacturière d'aujourd'hui. Ces manipulateurs sont plus agiles, plus flexibles et moins coûteux que les machines-outils spécialisées. L'exploitation de ces avantages fait l'objet d'une demande croissante de l'industrie. La dynamique de ces manipulateurs est soumise à des nombreuses sources d'imprécision. En effet les défauts de la chaîne de transmission, ou encore les éléments de liaisons peuvent être le siège de déformations et de vibrations dégradant sensiblement leur précision. Ces phénomènes physiques sont d'autant plus difficiles à compenser que seul un sous ensemble des états du système est mesuré par les codeurs moteurs. La structure de commande industrielle actuelle d'un robot n'agit donc pas directement sur ces phénomènes. Il est nécessaire alors de progresser sur le front de l'amélioration de la précision par l'adaptation de la commande à ces nouvelles exigences. Un état de l'art met en évidence un manque de travaux qui traitent de l'élaboration d'anticipations adaptées aux axes d'un robot et intégrant les phénomènes de déformation. En outre, la planification de trajectoire n'est classiquement pas remise en cause et peu évoquée. Elle représente pourtant un moyen d'action éprouvé afin d'améliorer les performances dynamiques en suivi de profil. L'approche proposée dans ce mémoire se veut une alternative à ces méthodes. Elle est basée sur une exploitation d'un modèle dynamique représentatif et détaillé. Il intègre les principaux phénomènes physiques mis en évidence tels que les effets de la gravité, les systèmes mécaniques de compensation, les forces de frottement et la flexibilité articulaire. Cette modélisation associée à des méthodes d'identification expérimentale est exploitée afin de déduire une structure de commande. Elle permet la réduction des déformations élastiques et des vibrations par une action sur la précommande et sur la loi de mouvement adaptée. Ainsi, nous introduisons une méthode d'estimation non asymptotique appliquée en robotique, afin d'estimer rapidement les paramètres vibratoires de ce dernier et contribue à une réactualisation des modèles exploités. Des résultats expérimentaux montrent que cette méthodologie mène à une amélioration des performances de positionnement par rapport à la commande industrielle.
Author: Frédéric Colas
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Pages : 142
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Les robots cartésiens sont utilisés dans de nombreux processus industriels et notamment dans l’industrie plastique pour des opérations de décharge de presses à injection. Augmenter les performances de ces machines passe par l’utilisation de structures allégées. En effet, la réduction des masses en mouvement permet de réduire sensiblement les coûts de fabrication et d’accroître les caractéristiques dynamiques générales. Cependant, l’augmentation de la souplesse mécanique qui en résulte dégrade fortement le comportement vibratoire de ces robots. Cette étude vise à améliorer le temps de cycle d’un axe souple de robot cartésien par une action sur la commande tout en maîtrisant son comportement vibratoire. La démarche adoptée tout au long de cette étude relève d’un enchaînement modélisation/commande/autoréglage pouvant s’intégrer dès la phase de conception. La méthodologie de modélisation permet d’obtenir les caractéristiques modales de la structure à partir d’un modèle continu dérivé d’un modèle éléments-finis. L’application de principes d’inversion sur les modèles de commande obtenus permet d’élaborer une méthode de synthèse de commandes adaptées aux axes souples. Les nombreux algorithmes proposés permettent d’atténuer les vibrations en gardant des performances acceptables. La robustesse de l’architecture de commande par rapport aux erreurs de modélisation et aux perturbations extérieures est assurée par des asservissements dont la synthèse prend en compte la flexibilité du robot. Les stratégies de commande ont été validées sur deux robots cartésiens SEPRO-Robotique. Enfin, des méthodes d’autoréglage des principaux algorithmes proposés sont présentées.
Author: Maria Makarov
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La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande de robots manipulateurs à articulations flexibles. Les méthodes développées visent à satisfaire les spécifications de performance et de robustesse en suivi de trajectoire, ainsi qu'à assurer un niveau de sécurité compatible avec un scénario de fonctionnement interactif dans lequel l'homme et le robot partagent un même espace de travail. Seules les mesures moteur sont utilisées dans un contexte d'instrumentation réduite. Le premier objectif de performance de la commande de mouvement est atteint grâce à l'identification expérimentale d'un modèle flexible représentatif du système, et l'usage de ce modèle pour la synthèse de lois de commande avancées intégrées au sein d'une structure cascade. Deux approches complémentaires fondées d'une part sur la commande prédictive de type GPC (Generalized Predictive Control), et d'autre part sur la commande Hinfini, sont considérées pour la synthèse de lois de commande à deux degrés de liberté, prédictives et robustes. Les performances de ces deux approches sont analysées et évaluées expérimentalement. Le deuxième objectif de sécurité est abordé à travers un algorithme de détection de collisions du robot avec son environnement, sans capteur d'effort et en présence d'incertitudes de modélisation. Afin de séparer efficacement les effets dynamiques des collisions de ceux des erreurs de modélisation, une stratégie adaptative de filtrage et de décision tenant compte de l'état du système est proposée. La validation expérimentale montre une très bonne sensibilité de détection, compatible avec les normes et les recommandations de sécurité relatives à la robotique collaborative.
Author: Frédéric Boyer
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Languages : fr
Pages : 500
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LA THESE EXPOSE UNE NOUVELLE APPROCHE DE MODELISATION DES MECANISMES DE CORPS ELASTIQUES BASEE SUR UNE GENERALISATION DES MODELES DE TYPE NEWTON-EULER ACTUELLEMENT RESTREINTS AU CAS DES ROBOTS RIGIDES. A PARTIR D'UN TEL MODELE ACCESSIBLE A LA MAIN MAIS INEXPLOITABLE POUR LA SIMULATION, ON PROCEDE A L'OPERATION D'ASSEMBLAGE, DONT DEUX VARIANTES SONT PROPOSEES: LA PREMIERE SYMBOLIQUE, NECESSITE L'AIDE D'UN LOGICIEL DE CALCUL FORMEL, LA SECONDE PUREMENT NUMERIQUE, CONSTITUE A NOTRE CONNAISSANCE UNE PREMIERE DANS LE DOMAINE DE LA SIMULATION DES MECANISMES DEFORMABLES ET EST ILLUSTREE PAR DES RESULTATS OBTENUS SUR DES CINEMATIQUES COMPRENANT JUSQU'A TROIS SEGMENTS. DANS UN SECOND TEMPS LE PROBLEME DE COMMANDE EST ABORDE. ON COMMENCE PAR UNE SYNTHESE DE RESULTATS D'AUTOMATIQUE NON LINEAIRE APPLIQUES NOTAMMENT AU CAS DES ROBOTS RIGIDES. PUIS ON ENVISAGE DE TESTER UNE LOI DE COMMANDE NON LINEAIRE, PRENANT EN CHARGE DE GUIDER LA DYNAMIQUE RIGIDE DU ROBOT, SUPERPOSEE A UNE COMMANDE LINEAIRE D'AMORTISSEMENT ACTIF AYANT POUR ROLE DE POMPER L'ENERGIE DU PREMIER MODE DE LA STRUCTURE. DES RESULTATS DE LA SIMULATION DE CETTE COMMANDE SUR DES CINEMATIQUES BISEGMENTS PLANES ET SPATIALES SONT RAPPORTES. FINALEMENT L'EXPOSE S'ACHEVE PAR UNE PROPOSITION DE COMMANDE D'UN ROBOT AVEC ARTICULATIONS ET SEGMENTS SOUPLES. ICI ENCORE LE SCHEMA EST TESTE EN SIMULATION
Author: PEDRO PABLO.. RESTREPO
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Languages : fr
Pages : 204
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LES TRAVAUX PRESENTES DANS CETTE THESE, CONCERNENT LA MODELISATION, L'IDENTIFICATION ET LA COMMANDE DE ROBOTS, APPLIQUEES A UN ROBOT INDUSTRIEL (ACMA SR400 DE RENAULT AUTOMATION), COMPORTANT UNE STRUCTURE FERMEE. NOUS AVONS REMPLACE LE SYSTEME DE COMMANDE FOURNI PAR LE CONSTRUCTEUR DU ROBOT, PAR UN SYSTEME RAPIDE PLUS OUVERT, BASE SUR UN DSP A VIRGULE FLOTTANTE. CET AVANTAGE IMPLIQUE CEPENDANT UN CERTAIN COUT PUISQU'ON A ETE CONTRAINT DE DEVELOPPER LES OUTILS MATERIELS ET INFORMATIQUES NECESSAIRES A L'UTILISATION DU ROBOT, ADAPTES AU NOUVEAU SYSTEME DE COMMANDE, CELUI-CI N'ETANT PAS SPECIFIQUE A DES APPLICATIONS DE ROBOTIQUE. NOUS AVONS EXPOSE LA MODELISATION CINEMATIQUE ET DYNAMIQUE, ET LE PARAMETRAGE DYNAMIQUE MINIMAL DES ROBOTS A CHAINE FERMEE, ET EN PARTICULIER, CEUX DU ROBOT SR400. CETTE ETAPE, AINSI QUE LE CALIBRAGE DE LA CHAINE D'ACTIONNEMENT, SONT DES ETAPES PRELIMINAIRES INDISPENSABLES A L'IDENTIFICATION DES PARAMETRES DYNAMIQUES. NOUS AVONS PROPOSE AUSSI, UNE NOUVELLE METHODE DE CALCUL DU MODELE DYNAMIQUE, BASEE SUR L'EQUATION DE LAGRANGE ET SUR LE CALCUL DES DERIVEES DU LAGRANGIEN PAR RAPPORT AUX POSITIONS ET VITESSES ARTICULAIRES. CE FORMALISME EST INTERESSANT DANS LA MESURE OU IL NE DEPEND PAS DES ACCELERATIONS ARTICULAIRES. CE MODELE, ET CELUI ISSU DU FORMALISME DE NEWTON-EULER, ONT ETE UTILISES POUR IDENTIFIER LES PARAMETRES DYNAMIQUES DU ROBOT SR400. NOUS AVONS MONTRE COMMENT FORMER LE SYSTEME D'IDENTIFICATION, ET COMMENT CONDENSER LES MESURES POUR REDUIRE LE TEMPS DE CALCUL ET LES CONTRAINTES IMPOSEES PAR LA MEMOIRE DISPONIBLE SUR LE CALCULATEUR. LES VALEURS ESTIMEES POUR LES PARAMETRES DYNAMIQUES ONT ENSUITE ETE VALIDEES PAR DES EXPERIENCES CROISEES, AINSI QUE PAR L'IDENTIFICATION DU ROBOT PORTANT UNE CHARGE CONNUE. CES PARAMETRES ONT FINALEMENT ETE UTILISES DANS LA SYNTHESE DES COMMANDES DYNAMIQUES. LA COMPARAISON DES LOIS DE COMMANDE QUE NOUS AVONS REALISEE, NOUS A PERMIS DE MONTRER QUE LES COMMANDES DE TYPE DYNAMIQUE NE SONT PLUS DES LOIS DE COMMANDE PROHIBITIVES DU POINT DE VUE DE LEUR REALISATION EXPERIMENTALE, POUR DES APPLICATIONS INDUSTRIELLES
Author: Jacques Farah
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Languages : fr
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Book Description
De nos jours, les exigences en productivité dans le monde industriel imposent aux robots un comportement optimal en termes de précision géométrique et dynamique, et en termes de temps de réponse. Ainsi, la présence des flexibilités dans les liaisons pivots des structures mécaniques légères se déplaçant à grande vitesse et sous charges importantes peut limiter dynamiquement la précision et le temps de stabilisation sur la pose finale du robot. La problématique traitée dans ces travaux concerne la maîtrise des vibrations des robots sériels à liaisons flexibles durant les opérations de prise et dépose (Pick and Place).Dans ces travaux, nous effectuons une modélisation et une identification expérimentale des paramètres géométriques et dynamique d'un robot à liaisons flexible. Ce modèle sera utilisé dans la synthèse d'une loi de commande basée modèle dédiée aux robots à flexibilité articulaire. Cette stratégie permet de réduire les vibrations lors des phases exigeantes dynamiquement. Des simulations sur un robot Scara sont alors conduites pour valider la pertinence de cette loi de commande qui intègre un modèle des flexibilités présentes dans les liaisons pivots dans le schéma de commande. Nous appliquons sur le même simulateur du robot à liaisons flexibles trois autres stratégies de commande afin de faire une comparaison (commande PD, commande dédiée aux robots rigides et commande ne considérant pas les amortissements). Le schéma de la loi de commande basée modèle permet de respecter la précision de pose finale avec une diminution du temps de stabilisation. Finalement, Le calcul de l'erreur d'asservissement nous a permis de constater l'influence des erreurs de modélisation de la flexibilité sur la précision de la tâche. Dans ce contexte, une analyse de sensibilité aux paramètres influents est établie.
Author: ABDELAZIZ.. BENALLEGUE
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CE TRAVAIL TRAITE LES PROBLEMES DE COMMANDE DE ROBOTS POLYARTICULES RAPIDES DANS LE CAS SIMPLE OU LES ARTICULATIONS SONT RIGIDES, ET DANS LE CAS OU LES ARTICULATIONS SUBISSENT DES DEFORMATIONS DUES AUX DEPLACEMENTS A GRANDES VITESSES. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL EST CONSACREE AUX COMMANDES DYNAMIQUES DE ROBOTS RAPIDES SUPPOSES RIGIDES. UN PANORAMA SUR LA COMMANDE DYNAMIQUE APPARTENANT A LA PHASE DE PARAMETRISATION LINEAIRE NOUS A PERMIS DE DEGAGER UNE CLASSIFICATION DES LOIS EXISTANTES EN DEUX CLASSES, SUIVANT LEURS OBJECTIFS: LINEARISATION ET PASSIVITE. NOUS PROPOSONS EN SECOND LIEU UNE APPROCHE ADAPTATIVE QUI EXPLOITE LES AVANTAGES DES COMMANDES PASSIVES ET ROBUSTES TOUT EN EVITANT LES INCONVENIENTS DES METHODES LINEARISANTES. LES PERFORMANCES DE CHACUNE DE CES DERNIERES SONT EXPOSEES DANS LE CHAPITRE QUI PRESENTE LES RESULTATS D'UNE ETUDE COMPARATIVE EN SIMULATION. DANS LA SECONDE PARTIE DE CE TRAVAIL, NOUS SUPPRIMONS L'HYPOTHESE DE RIGIDITE DU ROBOT EN PRENANT EN COMPTE LES FLEXIBILITES DANS LES ARTICULATIONS. CES FLEXIBILITES SONT INTRODUITES SOUS FORME DE COUPLES DE RAIDEUR DANS LE MODELE DYNAMIQUE. APRES LA PRESENTATION D'UN ETAT DE L'ART SUR LA COMMANDE DE ROBOTS AVEC ARTICULATIONS FLEXIBLES, NOUS ABORDONS LA SYNTHESE DE LOIS DE COMMANDE QUI EXPLOITENT LES RESULTATS DE LA COMMANDE DE ROBOTS RIGIDES EN INTRODUISANT LA NOTION DE COMMANDE A DEUX ETAGES. UNE SECONDE LOI DE COMPENSATION A DEUX ETAGES A ETE PROPOSEE. BASEE SUR LA PASSIVITE, ELLE EST SIMPLE A METTRE EN UVRE ET A ANALYSER. ELLE UTILISE LES RESULTATS DE COMMANDE DE ROBOTS RIGIDES, DE L'APPROCHE PAR LES VARIETES INTEGRALES ET DE CELLE A DEUX ETAGES. UNE ETUDE COMPARATIVE DES LOIS ADAPTATIVES A DEUX ETAGES PROPOSEES ET UNE LOI ADAPTATIVE PROPOSEE DANS LA LITTERATURE, EST PRESENTE DANS LE CHAPITRE DES RESULTATS DE SIMULATION DE LA SECONDE PARTIE
Author: Jinna Qin
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Languages : fr
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Book Description
La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande de robots manipulateurs industriels légèrement flexibles utilisés pour la robotisation de procédés d'usinage et de soudage FSW. Le premier objectif est la modélisation des robots et des procédés. Les modèles développés concernant la cinématique et la dynamique de robots 6 axes à architecture série et à flexibilité localisées aux articulations. Les paramètres du modèle dynamique et les raideurs sont identifiés avec la méthode à erreur de sortie qui donne une bonne précision d'estimation. La norme relative du résidu du modèle après identification est de 3,2%. Le deuxième objectif est l'amélioration des performances de la robotisation des procédés. Un simulateur a été développé qui intègre le modèle dynamique du robot flexible, les modèles de procédés et le modèle du contrôleur de robot y compris les lois de commande en temps réel des axes et le générateur de trajectoires. Un observateur non-linéaire à grands gains est proposé pour estimer l'état complet du robot flexible ainsi que les efforts d'interaction. Ensuite, un compensateur basé sur l'observateur est proposé pour corriger les erreurs de positionnement en temps réel. La validation expérimentale sur un robot industriel Kuka, montre une très bonne estimation de l'état complet par l'observateur. Un soudage FSW précis grâce à la compensation en temps réel de la flexibilité du manipulateur a pu être effectué avec succès.
Author: CHI MINH.. PHAM
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Pages : 119
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Book Description
LES TRAVAUX EXPOSES DANS LE CADRE DE CETTE THESE CONCERNENT L'IDENTIFICATION ET LA COMMANDE A BASE DE MODELE DE CONNAISSANCE, DES ROBOTS A STRUCTURE FLEXIBLE. LA MODELISATION EST BASEE SUR LA DISCRETISATION PAR ELEMENTS FINIS. L'IDENTIFICATION EST BASEE SUR LA REGRESSION GLOBALE DES MOINDRES CARRES. DANS CE CADRE, NOUS PROPOSONS PRINCIPALEMENT: UNE PARAMETRISATION LINEAIRE ET MINIMALE DES MODELES DYNAMIQUE ET ENERGETIQUE; UNE METHODE POUR SIMPLIFIER LES MODELES, DEFINIR LES ENTREES EXCITANTES, DONC FINALEMENT POUR DIMINUER L'EFFET DES PERTURBATIONS SUR L'ESTIMATION DES PARAMETRES; UNE METHODE EFFICACE DE VALIDATION EXPERIMENTALE DU MODELE ESTIME CONCERNANT LA COMMANDE EN DEPLACEMENT DES ROBOTS SOUPLES, NOUS PROPOSONS UNE NOUVELLE LOI DE COMMANDE NON LINEAIRE BASEE SUR DES CONSIDERATIONS DE STABILITE. LA ROBUSTESSE PARAMETRIQUE DE CETTE COMMANDE EST ETUDIEE. UNE VERSION ADAPTATIVE PROPOSEE, UNE ETUDE COMPARATIVE AVEC D'AUTRES LOIS DE COMMANDE MONTRE L'EFFICACITE ET LA SIMPLICITE DE NOTRE APPROCHE. ENFIN, LA MISE EN UVRE PRATIQUE CONCERNE LA SIMULATION ET L'EXPERIMENTATION D'UN ROBOT SOUPLE PLAN A UN AXE ET DEUX AXES. LA LOI DE COMMANDE PROPOSEE A ETE IMPLANTEE AVEC SUCCES UTILISANT UN MODELE IDENTIFIE
Author: Ke Wang
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Languages : fr
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Book Description
Le travail présenté dans cette thèse concerne la modélisation et la commande robuste en force de robots manipulateurs industriels à articulations flexibles utilisés pour le procédé FSW. Afin de réduire les temps de calcul et l'occupation de la mémoire, une approche basée sur la méthode par intervalle est proposée en vue de la simplification des modèles dynamiques des robots industriels, et contribue à identifier les paramètres d'inertie qui sont négligeables. Des études de cas sur trois types de trajectoires de test et l'analyse des couples moteurs ont démontré l'efficacité et les bonnes performances de la méthode de simplification. Ensuite, la modélisation dynamique et l'identification des paramètres du procédé FSW ont été effectuées. Les paramètres des modèles linéaires et non-linéaires de forces axiales sont identifiés. Sur la base de la modélisation du procédé FSW qui considère simultanément la cinématique du système complet, le modèle de déplacement du robot rigide, les flexibilités des articulations et le modèle dynamique de la force axiale, un contrôleur robuste en force est obtenu par la méthode de réglage fréquentielle. En outre, un simulateur du procédé FSW robotique est développé et les résultats de simulation montrent les bonnes performances du contrôleur en force. L'oscillation de la force axiale dans le procédé FSW peut être simulée en utilisant un modèle de perturbation de la position verticale de référence.
