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Auteur(s)
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Alain LIÉGEOIS : Professeur de l’université Montpellier-II, Institut des sciences de l’ingénieur - Enseignant-chercheur au Laboratoire d’informatique, de robotique et de microélectronique de Montpellier (LIRMM )
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Lire l’articleINTRODUCTION
La maîtrise de la conception et du fonctionnement de mécanismes complexes motorisés, ou « machines », a toujours été un facteur important de progrès technologiques et parfois aussi sociaux et économiques dans divers domaines : transports, production industrielle, travaux publics, exploration et travail en milieux hostiles, imagerie médicale, etc. La conception, la fabrication et le pilotage de ces machines ont été rendus possibles grâce aux connaissances scientifiques et techniques en mécanique, thermodynamique, électrotechnique et hydraulique. Ces machines sont destinées à augmenter les possibilités de l’homme pour la rapidité de ses déplacements et de ses actions, et pour l’amplification de sa force et de son champ d’action, notamment dans l’accomplissement de tâches pénibles, dangereuses et/ou répétitives. Les fonctions généralement concernées sont :
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le déplacement à plus ou moins longue distance sur terre, sur mer, dans l’air et sous l’eau ;
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la « manipulation » au sens large du terme :
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déplacer un outil pour saisir des objets ou de la matière, les transporter et les déposer,
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exercer des efforts sur l’environnement ;
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la combinaison des deux fonctions précédentes.
Un robot manipulateur peut donc être considéré d’une manière générale, vu par son environnement, comme un générateur de mouvements et d’efforts dans les diverses directions de l’espace.
Sur le plan des applications les plus courantes, on peut distinguer :
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les robots industriels, travaillant généralement à poste fixe, de manière totalement autonome, et dont les « tâches » sont programmées sur le site par apprentissage, ou bien hors ligne en utilisant un langage spécialisé ou des moyens de conception assistée par ordinateur ;
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les robots pour l’intervention et l’exploration en milieu hostile et mal connu (nucléaire, planétaire, sous-marin ) qui sont le plus souvent téléopérés mais peuvent être dotés d’une certaine autonomie locale compte tenu des difficultés relatives aux délais des transmissions et à leur faible bande passante. Les outils de la « réalité virtuelle » qui émergent dans de nombreux laboratoires et industries sont susceptibles d’aider les opérateurs dans la commande des manipulateurs dont sont dotés les véhicules robotisés.
Dans tous ces cas où les robots manipulateurs ne sont pas directement télé- opérés et doivent posséder une certaine autonomie d’action, leurs systèmes de commande automatique doivent connaître et compenser les imprécisions éventuelles puisque l’opérateur humain n’est pas directement dans la boucle d’asservissement, pour s’adapter aux caractéristiques des machines et de leur environnement. Pour cela, il est nécessaire de passer par une modélisation mathématique précise de la géométrie et de la dynamique des bras manipulateurs.
Cet article a pour but de familiariser le lecteur avec les principales notions nécessaires à l’analyse de la morphologie d’un robot et de ses capacités de travail, afin de choisir et d’utiliser au mieux un robot industriel du commerce ou même de concevoir une machine particulière mieux adaptée à ses besoins.
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Changements de coordonnées inverses
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2. Changements de coordonnées directs
On associe à chaque corps i du mécanisme un repère orthonormé direct {Xi , Yi , Z i } noté R i . Les repères particuliers sont d’une part celui de la base {X 0 , Y 0 , Z 0 } noté R 0 et d’autre part celui, R n , de l’organe terminal {Xn , Yn , Zn }. Le repère de la base occupe une position et une orientation connues par rapport à un repère fixe si le robot est à un poste fixe dans un atelier, ou lié à un véhicule porteur sur lequel la base est fixée rigidement. Le dernier repère R n peut être aussi bien lié au dispositif d’accouplement de l’effecteur qu’à ce dernier qui lui est rigidement attaché. Sa situation instantanée s’appelle une pose.
C’est l’action sur N effecteurs qui permet de situer l’organe terminal par rapport à un repère lié à la base et/ou d’exercer au moyen de cet organe des efforts sur l’environnement. On note généralement q 1 , q 2 … qN les variables de position (angulaire ou linéaire) des effecteurs actionnant les articulations actives que nous avons recensées dans la section précédente. Ces variables définissent la configuration instantanée du mécanisme. La figure 9 démontre qu’une même pose peut être obtenue par plusieurs configurations. Nous avons appelé aspects les classes de configurations différentes [1].
2.1 Modèle géométrique direct
Il exprime la position et l’orientation du repère de référence R outil lié à l’outil, relativement à un repère fixe — celui de la base R 0 par exemple — en fonction des variables articulaires motorisées (et asservies électroniquement) q 1 , q 2 … qN du mécanisme. L’élément fondamental qui décrit la position et l’orientation d’un repère R i , d’origine O i , dans un repère Rj peut se mettre sous la forme d’une matrice de dimensions (4,4) :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LIÉGEOIS (A.) - Les Robots. Tome 7. Analyse des performances et CAO. 248 p. - 1984 Hermès.
-
(2) - DOMBRE (E.), KHALIL (W.) - Modélisation et commande des robots - . 407 p. 2e édition 1998 Hermès.
-
(3) - MERLET (J.-P.) - Les robots parallèles. - 304 p. 1990 Hermès.
-
(4) - CLAVEL (R.) - Robots parallèles. - R 7 710, traité Informatique industrielle, 1994.
-
(5) - DOMBRE (E.) - Programmation des robots. - R 7 720, traité Informatique industrielle, 1998.
-
(6) - QUINET (J.-F.) - Évaluation des performances des robots industriels. - R 7 800, traité Informatique industrielle, 1996.
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NORMES
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Manipulating industrial robots-Vocabulary. - ISO 8373 - 1994-12-01
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Robots manipulateurs industriels. Systèmes de coordonnées et mouvements. - NF EN 29787/ISO 9787 - 11-1992
-
Robots manipulateurs industriels. Présentation des caractéristiques. - NF EN 29946/ISO 9946 - 11-1992
-
Robots manipulateurs industriels. Sécurité. - NF EN 775 - 5-1993
-
Robots manipulateurs industriels. Critères de performances et méthodes d’essai correspondantes. - NF EN 29283 - 3-1993
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