Contribution La Mod Lisation Dynamique L Identification Et La Synth Se De Lois De Commande Adapt Es Aux Axes Flexibles D Un Robot Industriel
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Contribution à la modélisation dynamique, l'identification et la synthèse de lois de commande adaptées aux axes flexibles d'un robot industriel
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.
CONTRIBUTION A LA MODELISATION, IDENTIFICATION ET COMMANDE DES ROBOTS A STRUCTURES FERMEES
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
Contribution à la modélisation et la commande robuste de robots manipulateurs à articulations flexibles. Applications à la robotique interactive
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.