Sur la commande des robots manipulateurs industriels en co-manipulation robotique PDF Download
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Book Description
Durant ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la commande d'un robot manipulateur industriel, configuré pour une co-manipulation avec un opérateur humain, en vue de la manutention de charges lourdes. Dans un premier temps, nous avons présenté une vue d'ensemble des études qui ont été menées dans ce cadre. Ensuite, nous avons abordé la modélisation et l'identification des paramètres dynamiques du robot Denso VP-6242G. Nous avons utilisé le logiciel OpenSYMORO pour calculer son modèle dynamique. Après une présentation détaillée de la méthode d'identification des paramètres de robots manipulateurs, nous l'avons appliqué au cas de notre robot. Cela nous a permis d'obtenir un vecteur des paramètres qui garantit une matrice d'inertie définie positive pour n'importe quelle configuration articulaire du robot, tout en assurant une bonne qualité de reconstruction des couples pour des vitesses articulaires constantes, ou variables au cours du temps. Par la suite, nous avons détaillé les nouvelles fonctionnalités proposées pour le générateur de trajectoire en temps réel, sur lequel repose notre schéma de commande. Nous avons présenté une méthode d'estimation de la force de l'opérateur à partir des mesures de la force d'interaction entre le robot et l'opérateur, tout en tenant compte de la pénalisation de la force de l'opérateur afin d'avoir une image de cette dernière permettant de générer une trajectoire qui respecte les limites de l'espace de travail. Des tests du générateur de trajectoire simulant différents cas de figure possibles nous ont permis de vérifier l'efficacité des nouvelles fonctionnalités proposées. Le générateur permet de produire une trajectoire dans l'espace de travail tridimensionnel selon la direction de l'effort appliqué par l'opérateur, ce qui contribue à l'exigence de transparence recherchée en co-manipulation robotique. Dans la dernière partie, nous avons présenté et validé en simulation une commande en impédance dont les trajectoires de référence sont issues du générateur développé. Les résultats obtenus ont donné lieu à une bonne qualité de poursuite des trajectoires désirées. D'autre part, le respect des limites virtuelles de l'espace de travail a également été pris en compte. Cependant, les trajectoires articulaires correspondantes peuvent franchir les limites définies pour préserver l'intégrité du robot.
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Durant ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la commande d'un robot manipulateur industriel, configuré pour une co-manipulation avec un opérateur humain, en vue de la manutention de charges lourdes. Dans un premier temps, nous avons présenté une vue d'ensemble des études qui ont été menées dans ce cadre. Ensuite, nous avons abordé la modélisation et l'identification des paramètres dynamiques du robot Denso VP-6242G. Nous avons utilisé le logiciel OpenSYMORO pour calculer son modèle dynamique. Après une présentation détaillée de la méthode d'identification des paramètres de robots manipulateurs, nous l'avons appliqué au cas de notre robot. Cela nous a permis d'obtenir un vecteur des paramètres qui garantit une matrice d'inertie définie positive pour n'importe quelle configuration articulaire du robot, tout en assurant une bonne qualité de reconstruction des couples pour des vitesses articulaires constantes, ou variables au cours du temps. Par la suite, nous avons détaillé les nouvelles fonctionnalités proposées pour le générateur de trajectoire en temps réel, sur lequel repose notre schéma de commande. Nous avons présenté une méthode d'estimation de la force de l'opérateur à partir des mesures de la force d'interaction entre le robot et l'opérateur, tout en tenant compte de la pénalisation de la force de l'opérateur afin d'avoir une image de cette dernière permettant de générer une trajectoire qui respecte les limites de l'espace de travail. Des tests du générateur de trajectoire simulant différents cas de figure possibles nous ont permis de vérifier l'efficacité des nouvelles fonctionnalités proposées. Le générateur permet de produire une trajectoire dans l'espace de travail tridimensionnel selon la direction de l'effort appliqué par l'opérateur, ce qui contribue à l'exigence de transparence recherchée en co-manipulation robotique. Dans la dernière partie, nous avons présenté et validé en simulation une commande en impédance dont les trajectoires de référence sont issues du générateur développé. Les résultats obtenus ont donné lieu à une bonne qualité de poursuite des trajectoires désirées. D'autre part, le respect des limites virtuelles de l'espace de travail a également été pris en compte. Cependant, les trajectoires articulaires correspondantes peuvent franchir les limites définies pour préserver l'intégrité du robot.
Author: Ke Wang Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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.
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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.
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Cette thèse présente deux nouvelles architectures de commande pour les interactions physiques humain-robot (pHRIs). Ces architectures sont spéciquement développées dans une vision d'implantation en industrie pour les manipulations d'assemblage. En effet, deux types de robots collaboratifs adaptés à dfférentes contraintes de l'industrie et ayant des interfaces d'interactions physiques différentes sont étudiés en utilisant chacun leur propre architecture de commande. Le premier robot collaboratif développé est un manipulateur entièrement actionné permettant des pHRIs dans son espace libre, c.-à-d., des interactions unilatérales, et des pHRIs lorsque ses mouvements sont contraints par un environnement quelconque, c.-à-d., des interactions bilatérales. Les interactions de l'humain peuvent s'effectuer sur n'importe quelles parties du robot grâce aux capteurs de couples dans les articulations. Cependant, si une amplication des forces de l'humain sur l'environnement est désirée, alors il est nécessaire d'utiliser le capteur d'efforts supplémentaire attaché au robot. Ceci permet à la commande, en combinant les lectures du capteur d'efforts à l'effecteur, d'utiliser le ratio des forces appliquées indépendamment par l'opérateur et par l'environnement an de générer l'amplication désirée. Cette loi de commande est basée sur l'admittance variable qui a déjà démontré ses bénéces pour les interactions unilatérales. Ici, l'admittance variable est adaptée aux interactions bilatérales an d'obtenir un seul algorithme de commande pour tous les états. Une loi de transition continue peut alors être dénie an d'atteindre les performances optimales pour chaque mode d'interaction qui, en fait, nécessitent chacun des valeurs de paramètres spéciques. Le cheminement et les résultats pour arriver à cette première architecture de commande sont présentés en trois étapes. Premièrement, la loi de commande est implémentée sur un prototype à un degré de liberté (ddl) an de tester le potentiel d'amplication et de transition, ainsi que la stabilité de l'interaction. Deuxièmement, un algorithme d'optimisation du régulateur pour les interactions bilatérales avec un robot à plusieurs ddls est développé. Cet algorithme vérie la stabilité robuste du système en utilisant l'approche des valeurs singulières structurées (- analysis), pour ensuite faire une optimisation des régulateurs stables en fonction d'une variable liée à la conguration du manipulateur. Ceci permet d'obtenir une loi de commande variable qui rend le système stable de façon robuste en atteignant des performances optimales peu iii importe la conguration des articulations du robot. La loi de commande trouvée utilise un séquencement de gain pour les paramètres du régulateur par admittance durant les interactions bilatérales. La stabilité et la performance du système sont validées avec des tests d'impact sur différents environnements. Finalement, la loi de commande en admittance variable optimale est implémentée et validée sur un robot manipulateur à plusieurs ddls (Kuka LWR 4) à l'aide de suivis de trajectoire pour des interactions unilatérales et bilatérales. Le deuxième robot collaboratif développé est un manipulateur partiellement actif et partiellement passif. L'architecture mécanique du robot est appelée macro-mini. Tous les degrés de liberté actionnés faisant partie du macro manipulateur sont doublés par les articulations passives du mini manipulateur. Le robot est alors sous-actionné. L'opérateur humain interagit uniquement avec le mini manipulateur, et donc, avec les articulations passives ce qui élimine tous délais dans la dynamique d'interaction. Ce robot collaboratif permet de dénir une loi de commande qui génère une très faible impédance lors des interactions de l'opérateur, et ce, même pour des charges utiles élevées. Malgré que des amplications de force ne peuvent être produites, les interactions bilatérales ont une stabilité assurée peu importe la situation. Aussi, les modes coopératif et autonome du robot utilisent les mêmes valeurs de paramètres de commande ce qui permet une transition imperceptible d'un à l'autre. La nouvelle loi de commande est comparée sur plusieurs aspects avec la commande en admittance variable précé- demment développée. Les résultats démontrent que cette nouvelle loi de commande combinée à l'architecture active-passive du macro-mini manipulateur, appelé uMan, permet des interactions intuitives et sécuritaires bien supérieures à ce qu'un système entièrement actionné peut générer. De plus, pour l'assistance autonome, une détection de collision avancée et une plani cation de trajectoire adaptée à l'architecture du robot sont développées. Des validations expérimentales sont présentées an d'évaluer la facilité à produire des manipulations nes, de démontrer la sécurité du système et d'établir la viabilité du concept en industrie.
Author: Philippe Fraisse Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 128
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CE MEMOIRE DE THESE PRESENTE UNE LOI DE COMMANDE POSITION/FORCE ROBUSTE POUR DES ROBOTS A ARCHITECTURE COMPLEXE. NOUS ETABLISSONS TOUT D'ABORD, AU CHAPITRE UN, UNE DEFINITION DE LA ROBUSTESSE DANS LE CADRE DE LA COMMANDE DE ROBOT MANIPULATEUR AINSI QU'UNE DEFINITION DES INCERTITUDES ET DES PERTURBATIONS ASSOCIEES A LA MECONNAISSANCE DU MODELE. NOUS PRESENTONS DIVERS PRINCIPES DE COMMANDES ROBUSTES. LES DIFFERENTS MOYENS D'EXPERIMENTATION ET DE VALIDATION MIS A NOTRE DISPOSITION SONT EXPOSES AU CHAPITRE DEUX. IL S'AGIT NOTAMMENT D'UN ROBOT A DEUX BRAS COMPOSE DE DEUX PUMA 560, D'UN SIMULATEUR DE CE ROBOT QUE NOUS AVONS DEVELOPPE ET D'UN ROBOT PARALLELE DELTA. LE CHAPITRE TROIS EST CONSACRE A L'ETUDE, L'ANALYSE ET LA VALIDATION EXPERIMENTALE D'UNE LOI DE COMMANDE ROBUSTE EN POSITION, ORIGINALE, BASEE SUR LE PRINCIPE DE LA COMMANDE PAR REGIME GLISSANT. NOUS TRAITONS, AU QUATRIEME CHAPITRE, EN PRENANT LE MODELE D'UN ACTIONNEUR SIMPLIFIE, LE PROBLEME SPECIFIQUE DE LA COMMANDE EN EFFORT. NOUS PROPOSONS UNE SOLUTION SIMPLE A METTRE EN UVRE POUR RENDRE UNE LOI QUELCONQUE DE COMMANDE EN EFFORT, INSENSIBLE AUX VARIATIONS DE LA RAIDEUR DE L'ENVIRONNEMENT. DES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT PRESENTES AU TERME DE CETTE ETUDE. AU CINQUIEME CHAPITRE NOUS FAISONS LA SYNTHESE DES RESULTATS QUE NOUS AVONS OBTENUS ET NOUS PROPOSONS UN SCHEMA DE COMMANDE HYBRIDE ROBUSTE POUR UN ROBOT MANIPULATEUR A DEUX BRAS. UNE VALIDATION DE CE SCHEMA DE COMMANDE EST REALISEE EN SIMULATION
Author: MAURINE Patrick Publisher: Lavoisier ISBN: 2746295245 Category : Robotics Languages : en Pages : 354
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Fruit d’une étroite collaboration entre la recherche universitaire et le monde de l’industrie, cet ouvrage traite de la robotique industrielle, et tout particulièrement de l’étalonnage des robots manipulateurs. Il développe les aspects suivants : la représentation des structures des robots manipulateurs sériels et parallèles ; les principes généraux de l’étalonnage ; les méthodes d’étalonnage spécifiques aux robots sériels et parallèles ; l’innovation en robotique, ses réussites et ses échecs. Théorique et pragmatique, il s’adresse aux étudiants et aux chercheurs, aux techniciens et aux ingénieurs et à tous ceux qui désirent appréhender la robotique industrielle. Patrick Maurine est maître de conférences à l’INSA de Rennes. Ses travaux portent sur la précision et l’étalonnage des robots manipulateurs industriels. Jean-François Quinet est consultant en robotique appliquée à l’ensemble de l’industrie internationale depuis 1973. Ses activités portent aussi sur la mesure tridimensionnelle statique et dynamique.
Author: Yong Wang Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 128
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L'objectif de cette thèse de proposer un algorithme de commande adaptative permettant une adaptation efficace à la situation réelle de travail d'un robot manipulateur. Nous présentons d'abord le problème de la commande du système dynamique des robots et nous montrons la nécessité d'utiliser des algorithmes de commande auto-ajustable. Nous proposons dans le chapitre 3, un algorithme de commande à variance minimale généralisée étendue (VMGE). Il peut être utilisé pour la commande d'un robot sous certaines conditions. Pour s'adapter à la variation du retard pur et pour augmenter la robustesse, nous proposons dans le chapitre 4, les algorithmes de commande prédictive généralisée (CPG) et de commande prédictive généralisée étendue (CPGE). Enfin, les résultats de simulation présentés dans les chapitres 5 et 6 montrent que l'algorithme CPGE peut s'adapter aux situations de charges, de couplage, d'effet centrifuge et de gravité lors de la commande du robot manipulateur.
Author: Marco Ceccarelli Publisher: Springer Nature ISBN: 3030908488 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 398
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The book explores the fundamental issues of robot mechanics for both the analysis and design of manipulations, manipulators and grippers, taking into account a central role of mechanics and mechanical structures in the development and use of robotic systems with mechatronic design. It examines manipulations that can be performed by robotic manipulators. The contents of the book are kept at a fairly practical level with the aim to teach how to model, simulate, and operate robotic mechanical systems. The chapters have been written and organized in a way that they can be red even separately, so that they can be used separately for different courses and purposes. The introduction illustrates motivations and historical developments of robotic mechanical systems. Chapter 2 describes the analysis and design of manipulations by automatic machinery and robots; chapter 3 deals with the mechanics of serial-chain manipulators with the aim to propose algorithms for analysis, simulation, and design purposes; chapter 4 introduces the mechanics of parallel manipulators; chapter 5 addresses the attention to mechanical grippers and related mechanics of grasping.
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Dans le cadre de cette recherche, nous nous sommes intéressés à quelques lois de commande classiques appliquées à la commande des robots manipulateurs. Nous présentons une loi de commande PD avec compensation de la gravité (dite commande Point à Point), une loi de commande de Poursuite de Trajectoire, et une loi de commande par découplage non linéaire (dite Computed Torque). Dans un second temps, nous présentons l'application de l'observateur de Gauthier aux systèmes dynamique des robots manipulateurs. L'étude sera faite en boucle fermée en prenant les trois lois de commande Point à Point, Poursuite de Trajectoire et Computed Torque. Dans un même objectif, l'application du filtrage H est présentée avec les trois lois de commande. Le problème de la stabilisation du robot manipulateur à n degrés de liberté via un observateur est traité avec les résultats de la littérature. Nous présentons dans la dernière partie de ce chapitre notre logiciel réalisé avec le langage de programmation Matlab 6.5. Nous exposons les simulations obtenues avec le modèle du robot manipulateur PUMA560 à six degrés de liberté afin de valider les résultats théoriques de ce mémoire.
Author: Abdelkrim Bahloul (ingénieur).)
Author: Abdelkrim Bahloul (ingénieur).)
Author: Ke Wang
Author: Jinna Qin
Author: Pascal Labrecque
Author: Nathalie Fixot
Author: Philippe Fraisse
Author: MAURINE Patrick
Author: Yong Wang
Author: Marco Ceccarelli
Author: Djamel Eddine Chaouch