Présentation
Auteur(s)
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Étienne DOMBRE : Directeur de Recherche au CNRS - Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) CNRS-Université Montpellier II
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Lire l’articleINTRODUCTION
Un robot manipulateur est une machine programmable capable d’exécuter diverses tâches répétitives et, en principe, d’adapter son comportement à certains aléas et événements perturbant le fonctionnement nominal prévu. Les tâches peuvent être de type point à point ou de type continu (suivi de courbes, suivi de surfaces). Les premières correspondent aux procédés les plus répandus dans l’industrie manufacturière (soudage par résistance, palettisation, manutention...) par comparaison aux secondes (soudage à l’arc, encollage, découpe, projection/peinture...).
Fonctionnellement, un système robotisé se décompose en trois sous-ensembles (cf. figure) :
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le bras manipulateur qui agit sur l’environnement. Son état, mesuré par les capteurs proprioceptifs (codeurs ou résolveurs), est modifié par les actionneurs ;
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le système de commande : il comprend les cartes d’axes qui réalisent l’asservissement des articulations aux positions de consigne. Elles engendrent les consignes de vitesse qui sont converties et envoyées aux variateurs pilotant les actionneurs. Les entrées des cartes d’axes sont calculées par le générateur de mouvement à partir des consignes articulaires (déplacement des axes du robot) ou des consignes opérationnelles (translation et rotation de l’outil). Les systèmes de commande évolués peuvent traiter des données issues de capteurs extéroceptifs encore appelés capteurs d’environnement (systèmes de vision, capteurs d’effort, capteurs tactiles, proximètres) et modifier en ligne le comportement du robot (suivi de joint, par exemple) ;
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le système de programmation qui réalise l’interface entre les actions spécifiées par l’opérateur et le système de commande du robot et des périphériques de la cellule. Ce sous-ensemble est l’objet de cet article.
Le système de commande et le système de programmation sont inclus dans la baie de commande du robot.
Les fonctions essentielles que doit réaliser un système de programmation de robots manipulateurs sont les suivantes :
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spécifier des mouvements correspondant à la grande diversité d’opérations que l’on trouve en robotique. Selon la tâche, ces mouvements doivent minimiser les temps de cycle ou satisfaire des contraintes de vitesse imposées par le procédé. Ils peuvent être coordonnés avec les mouvements d’axes externes (positionneurs, convoyeurs ou autres robots) ;
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synchroniser les mouvements du robot, des dispositifs périrobotiques et des autres équipements de l’atelier ou de la cellule de production ;
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gérer les actions des outils ;
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gérer les communications entrées/sorties ;
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intégrer des informations sensorielles dans les primitives de mouvement : ces informations proviennent le plus souvent de simples capteurs tout ou rien (détection de présence, sécurité...) ; elles peuvent aussi être fournies par des capteurs plus évolués permettant de réaliser des tâches en présence d’incertitudes importantes grâce à des commandes référencées capteur (commande en effort, asservissement en distance) ;
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contrôler l’exécution des programmes ;
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communiquer avec l’opérateur via une interface appropriée.
L’évolution qu’ont subie les systèmes de programmation depuis une décennie est liée au gain en puissance considérable des baies de commande des robots. Celles-ci sont à base de processeurs 32 bits − certaines sont multiprocesseurs − souvent sur bus VME (mais ce n’est pas une règle : la nouvelle baie KR C1 de Kuka est équipée d’un processeur PC-Pentium, dispose de 4 emplacements ISA et fonctionne sous VxWorks). Elles peuvent ainsi intégrer un grand nombre de cartes spécialisées disponibles chez un grand nombre de fournisseurs, que ce soit pour la gestion des entrées/sorties, la vision industrielle... Les progrès de l’informatique ont par ailleurs permis de rendre les interfaces homme/machine beaucoup plus conviviales dans des environnements de type Windows (menus déroulants et multifenêtrage). Enfin, le développement des réseaux de terrain (CAN, Interbus-S, Profibus...) permet de faire communiquer beaucoup plus efficacement la baie de commande avec la périrobotique et les autres équipements de l’atelier.
On présente dans cet article les deux familles de méthodes disponibles pour programmer les robots : les méthodes par apprentissage et les méthodes hors ligne qui se caractérisent par des durées moindres d’intervention sur site. On verra qu’à bien des égards ces méthodes sont complémentaires, la justification des coûts et des temps de mise en œuvre conduisant, selon le contexte industriel, à choisir l’une ou l’autre famille de solutions. Pour la clarté de l’exposé, une première partie sera consacrée aux méthodes par apprentissage, les deux parties suivantes traitant des méthodes hors ligne, l’une des langages de programmation, l’autre de la programmation à partir de bases de données CAO-robotique.
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1988 par Christian MELIN, Hocine HAMDI
DOI (Digital Object Identifier)
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3. Programmation hors ligne à partir de bases de données CAO-robotique
3.1 CAO et robotique
Pour de plus amples renseignements, on pourra consulter [4], [5], [8].
Les systèmes de conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO ou par abus CAO) sont maintenant bien introduits dans le monde industriel. Depuis le début des années 80, les roboticiens ont compris l’apport qu’ils pouvaient attendre des bases de données géométriques tridimensionnelles et des facilités de représentation graphique qu’offraient ces systèmes. Les premières applications de CAO-robotique ont ainsi vu le jour, tout d’abord sur des calculateurs main frame, puis sur les stations de travail dont elles utilisent pleinement les avancées en matière d’ergonomie des interfaces, de visualisation réaliste, de facilité d’utilisation. Ces systèmes ont un double objectif :
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l’aide à la conception, à la simulation et à l’optimisation des cellules robotisées, grâce à des outils de modélisation des robots et de l’environnement, de placement automatique du robot dans sa cellule, d’analyse du mouvement (trace, détection de collision, évaluation des temps de cycle...) ;
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la programmation hors ligne qui permet, après optimisation et validation des trajectoires, d’engendrer, à partir des données CAO, un programme téléchargeable et exécutable par la baie de commande du robot.
On retrouve ici les deux composantes − conception et fabrication − de la démarche CFAO utilisée pour les machines outils à commande numérique.
Les systèmes actuellement sur le marché sont les suivants : ACT (Aleph Technologies), CATIA-Robotics (Dassault Systèmes), IGRIP (Deneb), CIMSTATION (Silma-Adept), ROBCAD (Tecnomatix).
À l’exception de CATIA, ces systèmes sont indépendants des systèmes de CAO généralistes et doivent importer les modèles de robots, d’outillage et les définitions numériques des pièces. L’importation et l’échange de modèles entre les systèmes se font de façon bidirectionnelle via des fichiers neutres dont les formats peuvent répondre à plusieurs standards : IGES, SET, VDA, STEP, DXF ou via des interfaces directes entre systèmes.
HAUT DE PAGE3.2 Méthodologie de la programmation par CAO
La programmation hors ligne,...
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Programmation hors ligne à partir de bases de données CAO-robotique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LOZANO-PEREZ (T.), JONES (J.L.), MAZER (E.) et O’DONNELL (P.) - Task-level planning of pick-and-place robot motions - . Computer, mars 1989, p. 21-29.
-
(2) - LAUGIER (C.) - Planning fine motion strategies by reasonning in the contact space - . Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Scottsdale, mai 1989, p. 653-659.
-
(3) - MONACELLI (E.) - Un système de programmation automatique de niveau tâche MAPES/IAda - . Thèse de doctorat, université Paris VI, février 1993.
-
(4) - CHEDMAIL (P.), DOMBRE (E.) et WENGER (P.) - Mécanique et robotique : outils et méthodologies pour la CAO - . Éditions Hermès, Paris 1998.
-
(5) - AFRI - Étalonnage de cellules robotisées et programmation hors ligne - . Document de synthèse des travaux de la Commission CAO-robotique 1997.
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Capteurs d’environnement en robotique. Introduction
-
Intégration robot-vision
-
Simulation et programmation hors ligne en robotique
ANNEXES
Revues
* - RobAut. Robotisation et automatisation de production (5/an)
* - Industries et Techniques (11/an)
HAUT DE PAGE2.1 Association Française de Normalisation (AFNOR)
NF EN ISO 9946 (ISO 9946) - 8-99 - Robots manipulateurs industriels. Présentation des caractéristiques. - -
NF EN ISO 9787 (ISO 9787) - 8-99 - Robots manipulateurs industriels. Sys-tèmes de coordonnées et nomenclatures de mouvements. - -
HAUT DE PAGE2.2 International Organization for Standardization (ISO)
ISO 8373 - 1994 - Robots manipulateurs industriels. Vocabulaire. - -
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