Cours Robotique
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1. Robotique Industrielle PE d R Mersouki rochdi mersouki polytech lille fr 2010 2011 Table des Mati res I MODELISATION DES SYSTEMES ARTICULES RIGIDES I 1 Introduction I 2 Mod lisation g om trique 1 2 1 Coordonn es homog nes d un vecteur 1 2 2 Param tres de Denavit et Hartenberg 1 2 3 Mod le g om trique du robot PUMA 560 I 3 Mod lisation dynamique 1 3 1 Approche d Euler Lagrange 1 3 2 Mod le dynamique du robot PUMA 560 TD Etude de cas robot porte outil I 4 Conclusion ANNEXE I ANNEXE II I 5 R f rences TP N 1 MANIPULATION ET COMMANDE DU ROBOT A 4DDL IBM 7576 TP N 2 MANIPULATION ET COMMANDE DU ROBOT A 6DDL ABB TP N 3 MANIPULATION ET COMMANDE DU ROBOT A 7DDL KUKA Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki o c c A m C 16 17 25 28 36 37 41 42 43 48 59 Chapitre I MODELISATION DES SYSTEMES ARTICULES RIGIDES Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 3 I 1 Introduction Le syst me articul rigide est caract ris par une structure arborescente articul simple ou multiple dont les liaisons sont mobiles les unes par rapport aux autres Cet ensemble a pour objectif de mener l organe terminal vers un lieu g om trique impos par la t che 1 G n ralement un robot manipulateur est consid r comme un syst me articul rigide L appellation robot n est pas nouvelle elle a pou2. Les deux interfaces r seaux Ethernet permettent l int gration de PC pour la supervision et les r glages des proc d s Autre avantage le langage et la modularit du syst me autorisent l ajout de nouvelles fonctions et l adaptation aux besoins de chacun Le PC industriel quipant la S4Cplus comprenant un microprocesseur de type multiprocesseur Pentium un Bus PCI RAM dynamique et un disque Flash permet la commande simultan e jusqu 12 axes 6 axes rotatifs robot et 6 axes externes avec un fonctionnement choix dans les modes dynamique auto optimis interpolage d axes chaine de coordination 7 cadres concept angulaire ou handling automatique Figure 5 Armoire de commande S4Cplus Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 49 e Logiciel de simulation et d application convivial et simple d utilisation L outil logiciel robot de base appel Robot Studio Lite 4 0 de la figure 6 permet lutilisateur d int grer des fonctions sp cifiques aux applications Le langage ouvert et la modularit du syst me simplifie le rajout de nouvelles fonctions ainsi que l adaptation des programmes existants Avec les fonctionnalit s conviviales du dernier logiciel le dialogue homme machine dans un langage pseudo cod avec des messages tr s clairs et l criture de programmes robots m me complexe est tr s simple A l aide d un PC raccord sur le r seau et de ProgramMaker de la figure 4 l outil de
3. R 1 Ro R 3 d T R R R d y R R RS d qo 0 0 0 1 avec R matrice de rotation et d vecteur de translation qui comporte les coordonn es du rep re destination dans le rep re source Si T est la matrice de transformation du r f rentiel x y z vers le r f rentiel X Y2 Z2 alors Pus TP aya DS 1 2 2 Param tres de Denavit et Hartenberg La convention de Denavit et Hartenberg DH 1955 est une m thode syst matique Elle permet le passage entre articulations adjacentes d un syst me robotique Elle concerne les cha nes cin matiques ouvertes o l articulation poss de uniquement un degr de libert et les surfaces adjacentes restent en contact Pour cet aspect l utilisation des charni res ou des glissi res est indispensable Le choix ad quat des rep res dans les liaisons facilite le calcul des matrices homog nes de DH et permet d arriver exprimer rapidement des informations de l l ment terminal vers la base ou l inverse Les tapes suivre pour cette technique sont les suivantes 1 Num rotation des segments constitutifs du bras manipulateur de la base vers l l ment terminal On associe le r f rentiel z ro la base de celui ci et l ordre n l l ment terminal effecteur 2 D finition des axes principaux de chaque segment e Si zet z ne se coupent pas et on choisit x de mani re tre la parall le avec l axe perpendiculaire z et z Cours et TP de Robotique de Ma
4. Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 62 3 attente la pr sence d un chariot mobile son emplacement pour cela il faut bloquer le passage du chariot par le v rin et le fixer partir de l indexeur Pour cela il faut activer les sorties correspondantes gr ce l instruction OUT Instructions Logique OUT OUT page 111 et attente d une entr e gr ce l instruction WAITFOR Instructions Logique OUT WAITFOR page 110 descente verticale vers la partie de base position 3 apr s avoir ouvert la pince La descente tant lin aire vous allez donc utiliser l instruction LIN Instructions Mouvement LIN d finie dans les pages 81 84 ainsi que pour activer l ouverture ou la fermeture de la pince vous devez utiliser l instruction SET Technologie GRIPPER Tech Pr henseur pages 117 118 le robot doit prendre ainsi la partie de base et revenir la position 2 en faisant un mouvement lin aire Remarque quand vous faite de l apprentissage des points en manuel veuillez affiner la vitesse du robot par rapport la t che r aliser afin d viter d ventuels d g ts mat riels Ensuite il se dirige un point perpendiculaire l emplacement de d p t de la partie de base sur la palette fixe position 5 Pour cela le robot doit effectuer un mouvement circulaire de la position 3 en passant par une position interm diaire 4 L instr
5. 0 Peut on trouver des jeux de param tres q et tels que V 2 3 0 o d est un vecteur impos dont on conna t les composantes dans R 0 x 2 R ponse 2 4 Question Cin tique Donner les expressions des moments cin tiques K 0 1 0 O 2 0 K O 3 0 exprim pour le premier dans R 0 3 52 et pour les deux autres dans R 0 3 2 2 P Donner les expressions des moments dynamiques Z 0 2 0 H 0 3 0 exprim s dans 0 3 2 2 Calculer les nergies cin tiques de chaque corps 7 i 0 avec i 1 3 R ponse Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 31 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 32 3 ETUDE DYNAMIQUE Chaque liaison est motoris e Entre le corps C et C un moteur exerce sur le corps C un moment t 1 z et sur le corps C un moment oppos Entre le corps C et C un moteur exerce sur le corps C un moment t t Z et sur le corps C un moment oppos Entre le corps C et C un moteur exerce sur le corps C un moment T cz et un effort amp 2 z et sur le corps C des efforts oppos s On consid re galement en P un torseur F M B repr sentent les actions ext rieures l outil 3 1 Question Puissance des efforts ext rieurs Calculer la puissance P des efforts des moteurs mot Donner l expression de la puissance P des efforts
6. C PEN piu s 0 e i 4 Sa 1 9 d s 0 1 09 4 e rene uUa SA Un Huc 0 D 0 l c 65 S AT c a a C5 d d s T Si Ca Ci 8155 s a C a Cx d d c L 9 e i sz 0 Ca a d 3 Sii cs MEE IUS stu e dene m T D UM E Kc wx l avec c c0s0 s zsin 0 cos 0 0 s s 8 0 D A L aide du formalisme de Denavit et Hartenberg nous pouvons calculer facilement les coordonn es de l l ment terminal fin de l effecteur dans le rep re x Yo Zo fix la base La notation simplificatrice r signifie le vecteur des coordonn es homog nes de P l ment terminal exprim es dans le rep re x y z Avec la supposition poignet fix la position d origine q 2 0 q 70 et q 2 0 le vecteur r est donn par l quation suivante 0 r L10 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 14 Par la transformation de Denavit et Hartenberg T on peut calculer les coordonn es de l l ment terminal exprim es dans le rep re x Y Zo par la formule suivante E L11 p l donc Py CCa 5 G Sa 1G G a C4 d 4 d4 s 0 l p 5 Ly ls d a d 4d c y n amp 1 S23 411 05 Ca HA3 C33 E 5 a L12 I 12 p AU C d S d S d t d RE ae edis SR E Enfin Nous d finissons le vecteur position de l l ment terminal exprim dans le rep re fix la base x Yo z comm
7. Dans le cas o l axe est orient vers le haut nous obtiendrons le o g 1 30 o g est la gravit mesur la base du robot Enfin l nergie de dissipation est donn e par n 7524 fn di L31 o f le coefficient de frottement visqueux 7 1 2 L expression finale du Lagrangien Sera L2 53 EY racelU A UE 4 mar ia 1 32 F3 J Appliquant la formule d Euler Lagrange la fonction Lagrangienne donn e ci dessus on trouve la force ou couple g n ralis 2 Y X tracelU J UT j l k l Ce DRE Y Y Y tracelU yJ U n d d 1 33 jzl k l la n T rief mg U ir f Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 20 avec TOT O T Feist U POT COT jSEXI 1 34 0 j lt i lt k Avec une autre pr sentation l quation 1 33 devienne T MAD Z Na dd G q H d iln 1 35 j l j l al avec g i 1 n M g tracelU J Ug 1 36 5 k max i j g P lei G g Dm g U r 137 ja i 1 n Nga q 7 22 trace U y Jj U j LH L38 i maxt 1 7 k Uter H d fy d 1 39 L criture matricielle des quations pr c dentes donne le mod le dynamique global du robot Seraji 1988 Ce mod le est le suivant T t M g 4 N q q G q H q 1 40 avec qe R qe R qe R repr sentent respectivement les positions les vitesses et les acc l rations articulaires M g e R est la matr
8. e du vecteur position de l l ment terminal fin effecteur Elle est donn e par la formule suivante op 9p dqa dq p op gis eR 1 50 dq dqa dp dp dq dqa La perturbation due la port e de la charge sera u m J q A quj J q d 4 gl 1 51 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 23 avec g le vecteur de gravit mesur sur base du robot Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 24 1 3 2 Mod le dynamique du robot PUMA 560 Dans cette section le mod le dynamique du bras de robot PUMA 560 est pr sent Les trois derni re articulations de ce manipulateurs qui constituent le poignet Wrist sont fix es la position z ro i e les positions q 20 q 20 et q 2 0 les vitesses 4 0 4 0etq 0 et les acc l rations 4 0 4 0et j 0 Vt R 98 e Vt Nous avons adopt l abr viation des fonctions trigonom triques des coordonn es articulaires du robot en crivant c 5 c Sj et c pour signifier COS q Sin q cos q q et cos q q q respectivement Le mod le dynamique pour les trois premi res articulations du bras de robot PUMA 560 est le suivant M q d B q d d G q u m J q J ilq g 1 52 avec q ARA le vecteur des coordonn es g n ralis es zn est le poids de la charge porter J q la matrice Jacobienne et q a 4 9 81 Les expressions des l ment
9. 04 102 0 193 0 015 Valeurs avec tol rence 50 Tableau Ann 1L2 Param tres d inertie kg m Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 41 Num ro de l articulation l 2 3 4 5 6 Rapport d engrenage 62 61 107 36 53 69 76 01 71 91 76 73 Couple Maximum N m 97 6 180 4 89 4 24 2 20 1 21 3 Tableau Ann IL3 Param tres des actionneurs I 5 R f rences 1 T Madani Diff rentes Approches de Commande D centralis e Structure Variable Appliqu es en Robotique th se de magist re de E N P Alger 2002 2 B Armstrong O Khatib and J Burdick The explicit dynamic model and inertial parameters of the Puma 560 arm in Proc International Conference of Robotics and Automation vol 1 Washington USA pp 510 18 1986 3 R S Hartenberg and J Denavit A kinematic notation for lower pair mechanisms based on matrices Journal of Applied Mechanics vol 77 pp 215 221 June 1955 4 D Orin R McGhee M Vukobratovic and G Hartoch Kinematics and kinetic analysis of open chain linkages utilizing Newton Euler methods Mathematical Biosciences International Journal vol 43 pp 107 130 Feb 1979 6 http fr wikipedia org wiki Torseur Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 42 TP N 1 Manipulation et Commande du robot 4ddl IBM 7576 1 Description du mat riel Le robot utilis pour ces trava
10. SMART 09 10 R Merzouki 9 Liaison 2 Liaison 1 Figure I 3 Syst me de coordonn es des liaisons et les param tres des articulations pour La repr sentation du bras de robot PUMA 560 suivant la convention de Denavit et Hartenberg est pr sent e par la Figure I 3 avec une configuration d origine La d finition des rep res associ s aux segments suivant la convention de Denavit et Hatrenberg est la suivante Liaison 1 Rep re xy Yo Zo L origine est prise dans la liaison 1 l intersection de l axe de la base avec l axe de la liaison 1 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 10 z axe de rotation z vers le haut y coincide avec l axe de la liaison 1 et l axe z y est en parall le avec la liaison 2 Liaison 2 Rep re x ypz L origine co ncide avec l origine du rep re x Yo Zo z axe de rotation z est perpendiculaire la liaison 2 et en parall le l axe z y vers le bas superpos avec l axe de la base et en parall le avec y x est en parall le la liaison 2 Liaison 3 Rep re x y z L origine est prise dans la liaison 2 l intersection de l axe de la liaison 2 avec l axe de l articulation 3 z axe de rotation z est perpendiculaire la liaison 2 et l axe z y vers le bas oppos avec z x est en parall le avec la liaison 2 Liaison 4 Rep re x y4 Z L origine
11. WS FTF95 exe 1040503 VSETP22 dll 1040503 5 P EEE Propri t s de Session DLL Winsock 20 WS FTP LE 4 60 38803 17 Copyright 1 Generi Sina Advanced Frowot PueNme xz Ne HowNamehdden Delete HostTyoe Auomwc ees We T Aye d marrer Figure 11 Fen tre d ex cution FTP Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 57 Exercice 3 D chargement de pi ces En utilisant le m me principe de l exercice 2 simulation et exp rimentation r alisez une t che au robot ABB qui permet de Bloquer le passage d un chariot mobile apr s avoir actionner un v rin bloqueur activer la sortie correspondante D tecter la pr sence d un chariot mobile lire l entr e correspondante WAITDI Fixer le chariot mobile activer la sortie correspondante D charger trois plots successivement du chariot vers la palette Lib rer le chariot mobile Remarque en attendant l arriv e du chariot le robot doit r aliser au dessus de la palette le sch ma de l toile de la Figure 12 Figure 12 Etoile en plots Exercice 4 Coop ration des deux ABB Dans cet exercice vous devez programmer un deuxi me robot ABB qui effectuera la t che inverse de celui programm l exercice 3 savoir le d chargement de trois plots cons cutifs de la palette vers le chariot mobile La gestion des entr es sorties doit tre pise en consid ration
12. ainsi que la t che de fond de la Figure 12 lorsque le chariot est absent Remarque au lieu de d finir plusieurs points sur la palette vous devez dans ce cas d finir une proc dure Palette qui permet de d duire une matrice d emplacements partir d une origine et d une distance constante entre deux emplacements cons cutifs sur les axes X et Y Pour cela pensez utiliser les fonction CPos permet de lire les donn es de la position actuelle du CDO et Offs permet de d placer la position du robot Exp posl CPos Tool tolll wobj wobj0 La position courante du CDO soit x y z est stock e dans la variable pos1 MoveL Off p 0 0 20 v1000 250 tooll Le robot est amen sur un point qui se trouve 20mm de la position p dans la direction de Z Des exemples sont donn es dans la documentation du robot 3 CPos 1 3 Offs 1 3 Offs 2 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 58 TP N 3 Manipulation et Commande d un robot 7ddl KUKA KR6 ARC Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 59 Caract ristiques Techniques du KR 6 ARC Avec le KR 6 ARC diverses t ches de pr cision peuvent tre r alis es gr ce son optimisation pour l Arc telles que la soudure la peinture l aspiration etc Ce dernier peut supporter une charge allant de 6 kg jusqu 10 kg dont l espace de t che est de l ordre de 1611 mm Il est constitu de
13. chargeant gr ce au bouton Load Lorsque cette application est t l charg e arr t du clignotement vous pouvez d marrer l ex cution en appuyant sur Start Garder le doigt sur le bouton d arr t d urgence afin d viter des ventuelles collisions Le bouton End arr te automatiquement l ex cution du programme apr s la fin du cycle en cours Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 46 5 Programmation avanc e sur le robot 1h00 heures On souhaite que le robot r alise des op rations de d chargement de plots m talliques Pour cela il faut 1 D tectez la pr sence d un chariot mobile apr s l avoir bloquer et indexer en activant les soties correspondantes 2 D chargez les plots du chariot et placer les sur un emplacement de la palette fixe Utilisez les deux fonctions pallet lirur onN et palletpt pali voir la documentation du robot IBM pour d finir et acc der au emplacement d une palette 3 En attendant le passage du chariot le robot doit r aliser la trajectoire de la Figure 3 Utiliser la documentation fournie pour d couvrir les fonctions li es la palette O lt Figure 3 Trajet du robot 6 Coop ration de robots 1h00 heures En s inspirant des exercices pr c dents programmez un second robot IBM pour effectuer l op ration inverse du premier savoir le chargement des plots de la palette fixe vers le c
14. pr sent s par le tableau Ann II 3 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 27 1 56 Etude de Cas d un robot porte outil Probl me d Examen de DEA Robotique 92 93 UMPC ENSAM cours A Barraco Le robot tudi est sch matis par un ensemble de solides repr sent par la Figure 1 Le corps 0 de r f rence C est rep r par le rep re R 0 x Yoz de type galil en Le corps 1 C a un mouvement de rotation autour de l axe 0 z sachant que le rep re li ce corps est R O x z La position relative de C par rapport C est qu x Le corps C a un mouvement de rotation autour de l axe 0 2 colin aire avec l axe 0 x avec 0 0 ay Le rep re li ce corps est R 0 x y z La position relative de C par rapport Cj est q x Le corps C r alise par rapport C un mouvement de translation d axe 0 y d fini par 0 0 q y et un mouvement de rotation autour de 0 y avec un angle g x x Le rep re li ce corps est R 0 x 7 z Les caract ristiques massiques inertielles et g om triques sont indiqu es dans la Figure 1 Le point P appartient l organe terminal de C tel que O P bz L objet de ce probl me est de faire l tude g om trique cin matique et dynamique du robot 1 ETUDE GEOMETRIQUE 1 1 Question position du point P Exprimer dans le rep re R 0 3 5 2 le vecteur OP R ponse 1 2 Quest
15. programmation ABB ces programmes peuvent tre crit adapt s et test hors ligne avant d tre charg s sur la commande S4Cplus De nouveaux outils de simulation d velopp s sur Windows 98 NT pour la commande S4Cplus simplifient la programmation d applications et la visualisation du process en 3D D autre part ces logiciels de simulation permettent de tester des mouvement complexes dans des milieux encombr s et d obtenir ainsi des donn es pr cises sur les temps de cycle Un setup convivial et rapide facilite l utilisation des logiciels et permet au robot IRB 140 de s adapter rapidement aux op rations de travail Si lors de nouvelles contraintes de production l utilisation de programmes compl mentaires est n cessaire ceux ci peuvent tre charg s en cours d utilisation sur la commande du robot Un logiciel anti collision avec accouplement de s curit lectronique hypersensible vite toute d t rioration lors de fausses manipulations Ds Dia mem a sm ieee Tia aaja Figure 6 le Logiciel Robot Studio Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 50 Interface de communication tendue Seules des commandes pouvant dialoguer avec leur environnement avec de multiples technologies et quip es des syst mes de communication tel que le protocole TCP IP sur une interface Ethernet avec un r seau PC ont dans les syst mes d architecture actuels une chance La command
16. 0 Tableau I 1 Param tres de Denavit et Hartenberg du bras de Robot PUMA 560 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 12 La distance d n est pas pr sent e dans le tableau L1 Cette distance varie selon l effecteur utilis pour l application l effecteur est l outil attach au poignet sur la derni re articulation du robot pour la manipulation des objets par exemple la pince repr sent e par la figure L4 Dans notre application la distance entre la fin de l effecteur et l axe du poignet est suppos e nulle d 2 0 Armstrong et al 1986 La dynamique des trois derni res articulations est n gligeable par rapport aux trois premi res Par cons quent nous nous sommes int ress s tudier le mouvement des trois premi res articulations du bras de robot PUMA 560 Waist Shoulder Elbow en fixant les autres la position d origine i e poignet fix la position d origine q 0 q 0 et q 0 Les transformations appropri es en utilisant le c pour les trois premi res articulations consid r es sont a 0 s10 2m 0 cw 0 n I 1 9 2 0 i 0 i 0 Re en ee i On 0 05 l CS UU d 6 2 2 Ex gt Toe LEE EP pp A 1 9 b 0 50 RL 0 0 0 l Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 13 a CRT CS AS d C d s vene TAS S a S d c pha AR a 9 c 8 C 0 4 S L2 22 D MM A 2 0 0 0 l o 0 s
17. 1 heure Pour manipuler le robot en manuel dans la partie de puissance il faut se mettre en mode Teach afin de pouvoir d couvrir les diff rentes fonctionnalit s offertes dans le Pendant pour plus d informations sur les touches veuillez vous r f rer la documentation correspondante On trouve 48 entr es sorties pr sentent dans le syst me robotis dont 24 1 24 entr es et 24 25 48 sorties e D terminer le num ro de l entr e qui repr sente l tat de la lecture du capteur de chariot capteur activ indiquant la pr sence du chariot e D terminer la sortie d crivant l tat de la pince 1 ouverte 0 ferm e pour chacun des robots tudi s e D terminer les sorties des trois ventouses du robot 2 e D terminer les sorties de chacun des v rins pour les trois robots IBM Travail faire d placer un plot d un chariot mobile un plateau fixe Pour importer les coordonn es du point terminal dans votre programme appuyer sur F7 4 Initiation la programmation du robot 1h00 heures Les instructions les plus utiles pour le TP 1 sont point new pt x y z a cr ation d un point nomm pointl de coordonn es x y z et d angle de rotation d de la pince programme subr a b cr ation d un sous programme appel programme Au mois un seul sous programme doit exister dans le programme principal et portant le m me nom speed 0 1 c est la vitesse maximale choisir pour le mo
18. 2 1 Coordonn es homog nes d un vecteur Chaque liaison d un manipulateur fait des rotations ou des translations par rapport au r f rentiel d inertie fixe par exemple un rep re fix la base du robot Le calcul des coordonn es des liaisons du manipulateur exprim es dans le r f rentiel d inertie de la base est relativement difficile Cette difficult augmente suivant l ordre de la liaison num ro de la liaison jusqu l l ment terminal Pour ne pas alourdir les calculs et ramener toutes les informations g om triques au rep re d inertie de la base il est judicieux de les localiser leurs articulations correspondantes et situer chaque liaison son propre r f rentiel Le passage d un r f rentiel un autre est garanti par des transformations Lorsqu on a uniquement des rotations on se satisfait une matrice de transformation A de troisi me ordre et lorsqu il existe une translation autour d un point on est oblig de passer vers une matrice de quatri me ordre pour permettre au r f rentiel de se d placer un autre r f rentiel en translation Dans ce cas le vecteur de position p sera augment par une quatri me composante pour avoir un vecteur de position p exprim par ses coordonn es homog nes P p p LD P Le vecteur homog ne correspondant est p L2 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 5 La matrice augment e de transformation a la forme suivante
19. 6 axes soit 6ddl avec une option d un 7 axe lin aire Son poids est de 235kg et il peut se fixer sur un sol ou un axe lin aire Exercice 1 Manipulation du Robot KUKA KRC6 ARC Faite d placer le robot dans ces sept degr s de libert en utilisant le clavier du pendant ainsi que la sourie pages 15 24 du manuel de formation KUKA partir des quatre rep res de configuration possibles Axe par Axe WORLD TOOL BASE Commentez Exercice 2 Cr ation d un centre d outil avec la m thode d apprentissage Le but de cet exercice est de cr er un CDO Centre D Outil appropri l application et l outil pr henseur Pour cela nous allons utiliser la pince 3 Mors quip e d un objet pointu exp crayon qui nous aidera mieux localiser le CDO 1 V rifier dans la liste des outils les num ros disponibles partir de Configurer D finition d outil Type d outil V rifier la liste des outils 2 Allez ensuite sur Service Mesurer Outil pour donner un nom votre CDO exemple Festo pince avec une tiquette de 4 Enfin pointez le point d sir dans l espace partir de quatre orientations diff rentes en choisissant la m thode XYZ 4 Points 3 Activer ainsi l outil initialis partir de Configurer Outil Base actuels 4 V rifier et comparer les coordonn es de votre nouveau CDO avec ceux de l outil appel Changeur d j cr e et qui repr sente la partie basic de l outil Cours et TP de Robotique de
20. Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 60 Exercice 3 D finition d une base utilisateur Dans cet exercice vous allez d finir une base utilisateur par rapport la t che du robot 1 la 1 base utilisateur sera une plaque horizontale fix e sur la table de travail Allez dans le menu Service Mesurer Base et choisissez la m thode 3 points Cette derni re permet de d finir un rep re de base partir de trois points distincts 2 Dans la 1 tape vous devez donner un nom exemple plaque et un num ro votre base La 2 tape consiste choisir l outil pr henseur avec lequel vous devez d finir votre base prenez celui d fini dans l exercice 2 La 3 tape permet de choisir l origine de votre base apr s placement de l extr mit de votre pince CDO sur un coin de la plaque La 4 tape permet de choisir un point sur l axe X positif placement 5em Enfin la 5 tape permet de choisir un point dans le plan XY avec Y gt 0 Sauvegardez ainsi votre base 3 Refaire les deux points pr c dents en choisissant la base sur la plaque inclin e nom plaque inclin e 4 V rifiez les coordonn es articulaires et cart siennes du robot par rapport sa nouvelle base partir de Visualiser Position Cart sien ou Articulaire Que constatez vous 5 Donnez le sens des axes X Y Z dans les nouvelles bases 6 Affichez les valeurs incr mentales des 7 positions Exercice 4 Identificati
21. e L espace du point sera zoom e Dans la fen tre Create du menu choisissez Target Une fen tre de coordonn es de translation et de rotation s ouvre Ces coordonn es correspondent celles du centre d outil Ensuite une fois que vous cliquez sur le bouton gauche de la souris l endroit choisi les coordonn es du point s lectionn vont tre calcul es par rapport au centre de l outil CDO Validez sur Apply et r adapter l image son format initial gr ce Unexamine Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 54 e V rifiez que les axes du rep re dont l origine et le CDO ont la m me direction avec leurs quivalents des deux points choisis Sinon modifiez le sens de leurs orientations en cliquant droite avec la souris sur l ic ne Target suivi de Modify puis Position D finition des trajets Paths Dans cette tape vous devez d finir le chemin des trajectoires Figure 9 Pour cela Choisissez dans la fen tre Create le chemin Path e Glissez les Targets cr s dans l espace de Path e Remarquez l apparition d un trait entre les diff rents points dans la fen tre graphique D finition et ex cution du programme e Activez le contr leur entre Robot Studio apr s un click droit sur l ic ne Irb140 M2000 du robot puis sur Start Controler Une ligne en vert apparaitra en bas de la fen tre d ex cution mon
22. e cliquez sur Import puis Library et choisissez le r pertoire enviro abb1 ou enviro abb2 o ils contiennent une s rie de fichiers rlb d objets tels que e robot virtuel IRB 140 exp IRB140 M2000 rlb a palette a pince a table e tapis e chariot mobile e porte palette e plot fixe e plot mobile Pour que la pince soit visible glisser son ic ne dans celle du robot c d Irb 140 M2000 Naviguer dans l environnement virtuel gr ce votre souris deux clicks simultan s sur le bouton du milieu et sur le bouton de droite de la souris vous permettent de naviguer panoramiquement e un click sur le bouton du milieu et une translation en avant vous permettent de zoomer en avant e un click sur le bouton du milieu et une translation en arri re vous permettent de zoomer en arri re La liste de tous les objets pr sents dans l espace 3D se trouve dans la fen tre Object gauche de votre cran e Choix des points de trajectoire Targets Une fois le dessin est r alis il faut s lectionner les points relatifs aux d placements du robot en cr ant des Targets Figure 9 Dans un premier exemple vous allez choisir un point au centre de l emplacement du plot sur la palette et un point localis au centre d un plot sur le chariot mobile ainsi Pour choisir avec une pr cision vos points faite un click droit avec la souris l emplacement de la cible et choisissez Examin
23. e S4Cplus quip e de s rie avec jusqu 1024 entr es sorties num riques ne g re non seulement le robot avec plus de pr cision et une vitesse augment e mais offre surtout un large ventail de communication avec d autres commandes automates programmables PC et bus de communications Elle peut changer des signaux digitaux en 24 Volts continu ou 120 Volts alternatifs comprend 3 liaisons s rie 2 interfaces pour r seau Ethernet pour 10 100 Mbits s avec E S d port es pour API bus de terrain CAN Device Net Interbus S et Profibus DB ainsi que des interfaces process pour support et signaux sur le bras sup rieur du robot Figure 7 le logiciel Program Maker Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 51 Caract ristiques g n rales IRB 140 le mini robot de ABB pour des temps de cycle court et une qualit irr prochable des pi ces produites 6 Axes rotatifs Grand rayon d action de 810 mm Capacit de charge 5 Kg Encombrement r duit Version unique pour montage au sol au mur ou suspendu au plafond Hauteur 800 mm Masse totale 98 Kg Charge admissible 5 Kg Version salle blanche 10 Degr de protection standard fonderie IP 54 IP 67 Commande robot S4Cplus e Applications et utilisations IRB 140 un robot compact et puissant id al pour une large gamme d applications Chargement et d chargement de pi ces et outils su
24. e suit P C C 7 d di s F d d s P S d G a C d dz c d4 di s 53 1 13 P a S 4 4 d d c3 A l aide du logiciel MatLab et avec les relations du mod le g om trique du robot PUMA 560 obtenues nous avons pu programmer un simulateur pour l animation de ce bras de robot Quelques fen tres Windows de ce simulateur sont pr sent es dans l annexe I Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 15 I 3 Mod lisation dynamique Les mod les dynamiques des bras manipulateurs sont d crits par un ensemble d quations math matiques qui portent des informations dynamiques de ces manipulateurs et peuvent tre simul es sur un ordinateur dans le but de synth tiser une commande conditionn e par des performances d sir es L ensemble des quations dynamiques peut tre d termin par des lois m caniques classiques Newtoniennes et Lagrangiennes Les approches d Euler Lagrange et Newton Euler permettent d aboutir aux quations du mouvement des robots Notion de torseur Un torseur est un objet math matique servant en m canique principalement la m canique du solide ind formable notamment dans la mod lisation des interactions entre des solides et la description de leurs mouvements Un torseur est constitu de deux champs vectoriels e un champ uniforme dont la valeur en tout point est nomm r sultante not e R e le champ des m
25. est prise dans la liaison 3 z axe de rotation z vers le poignet est perpendiculaire z y est perpendiculaire la liaison 2 en parall le avec z x est en parall le avec la liaison 2 Liaison 5 Rep re x4 y z L origine est prise dans le centre du poignet z axe de rotation z est perpendiculaire la liaison 2 superpos avec z y est oppos z x en parall le avec la liaison 2 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 11 Liaison 6 Rep re x Ys Zs L origine co ncide avec l origine du rep re x Y4 Z4 z axe de rotation z vers l effecteur colin aire avec z y coincide avec l axe de l articulation 5 y est perpendiculaire l axe de l articulation 5 L effecteur Rep re x yq Ze L origine co ncide avec les origines des rep res x4 y z et Xs Ys Zs z est colin aire avec z y est en parall le avec y x est en parall le avec x En respectant la position d origine du robot et la d finition des rep res des liaisons pr sent es par la figures L3 les param tres du bras de robot PUMA 560 suivant la convention de Denavit et Hartenberg sont repr sent s dans le tableau I 1 Armstrong et al 1986 i t 8 d d d Num ro de la liaison degr s variable m tres m tres l 90 qi 0 0 2 0 qa 0 4318 0 2435 3 90 q3 0 0203 0 0934 4 90 qa 0 0 433 5 90 qs 0 0 6 0 qe
26. eur d ins rer et de d charger des pi ces au cours du m me cycle ce qui accro t la vitesse de production Figure4 Robot ABB IRB 140 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 48 e L armoire de commande S4Cplus du robot IRB 140 La toute g n ration de commande S4Cplus de la Figure 5 livr e avec le robot IRB 140 encore plus puissante que ces pr d cesseurs constitue une excellente plate forme pour la cr ation de nouvelles fonctionnalit s gr ce l utilisation du langage de programmation d applications tr s puissant et convivial d ABB le Rapid Cette commande int gr e dans une armoire compacte de dimension 950 x 800 x 620 mm et de poids 250 Kg conjugue compacit conception modulaire et haute performance La fiabilit qui a fait l objet d une attention toute particuli re dans la conception de la commande S4Cplus permet un fonctionnement pr cis et sans faille m me dans un milieu ambiant avec une humidit relative de 95 et des temp ratures ambiantes de 52 C valeurs normales dans certaines applications tel que fonderie Des variateurs enti rement scell s une r duction de 3596 des points de soudure une unit de climatisation s par e et un blindage particuli rement soign garantissant une immunit lev e contre les perturbations lectromagn tiques assurent la commande et au robot un temps moyen de bon fonctionnement MTBF remarquable de 50 000 heures
27. ext rieurs en P en fonction de V B et 3 0 on ne d veloppera pas cette expression R ponse 3 2 Question Equations de Newton Euler Ecrire l quation de Newton pour le corps C projet e suivant la direction z Ecrire l quation d Euler pour le corps C projet e suivant la direction z R ponse Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 33 3 3 Question Formalisme de Lagrange A partir de l expression de l nergie cin tique calcul e la question 2 4 et en utilisant le formalisme de Lagrange retrouver les deux quations du mouvement de la question 3 2 R ponse Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 34 Corps C Corps C Corps C masse m masse m masse m A 0 0 A 0 0 A 0 0 I 4 Conclusion inerte T 0 Biz 0 menie Beo Beh c0 B 0 Les formalismes de Lagrange Euler permettent d tablir un syst me 0 0 C 0 0 C 0 0 C 6 ati 1 1 3 ie 3 A ralis un 3 g d finies dans R en O d finies dans R en O d finies dans R en O d quations diff rentielles reliant les coordonn es g n ralis es aux forces et ou couples g n ralis s Cette proc dure nous a permit d obtenir les mod les dynamiques du robot PUMA 560 Le mod le a permis de mettre en vidence la difficult de commander ce genre de bras manipulateur tant donn les fortes non lin arit s qui r gissent le fonctionnement d
28. ez animer le rabol ou refaire une corstruci Figure Ann L 2 Animation du robot PUMA 560 en 3D Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 38 ClAnimation du bras de robot PUMA 560 Etat Vous pouvez animer le rabot ou refaite une contraction Figure Ann L3 Animation du robot PUMA 560 dans le plan XZ Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 39 El Animation du bras de robot PUMA 560 Robot PUMA 560 vue de Haut Etat Vous pouvez animer le rabol ou retale une construction Figure Ann L 4 Animation du robot PUMA 560 dans le plan XY Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 40 ANNEXE II PARAMETRES REELS DU ROBOT PUMA 560 Parties Poids kg Liaison 1 Liaison 2 17 40 Liaison 3 4 80 Liaison 3 avec Poignet 6 04 Liaison 4 0 82 Liaison 5 0 34 Liaison 6 0 09 Poignet 1 24 Valeurs avec tol rance kilogrammes 25 Tableau Ann ll 1 Poids des d f rentes liaisons kilogrammes 0 01 1 Parties hx ly L moteur Liaison 1 0 35 1 14 0 27 Liaison 2 0 130 3 0 524 5 0 539 3 4 71 0 54 Liaison 3 0 066 0 0125 0 086 0 83 0 09 Liaison 3 Avec Poignet 0 192 4 0 0154 5 0 212 4 Liaison 4 1 80 10 1 80 10 1 30 10 0 200 0 016 Liaison 5 0 30 10 0 30 10 0 40 10 0 179 0 014 Liaison 6 0 15 10 0 15 10 0
29. ez manipuler le robot partir du pupitre e D couvrez les fonctions de manipulation manuelle et automatique du robot ABB e D couvrez les entr es sorties du syst me Combien d E S sont pr sente dans le syst me et quoi correspondent elles e Faite manipuler le robot avec le joystick avec diff rentes vitesse Comment peut on r cup rer les coordonn es du point terminal par rapport la base selon les coordonn es cart sienne et articulaire R aliser la t che suivante au robot faite transporter un plot du chariot mobile au plateau fixe Quelle est la trajectoire optimale et s re pour r aliser le dernier mouvement Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 53 Exercice 2 Simulation graphique du robot IRB 140 sous Studio Lite 4 0 Cinq tapes r aliser pour cette partie e Reproduction du robot IRB 140 et son environnement en 3D Choix des points de trajectoire Targets D finition des trajets Paths D finition et ex cution du programme Lecture du code avec Program Maker Synchronisation des programmes et ex cution des simulations e Reproduction du robot IRB 140 et son environnement en 3D Dans cette tape vous devez reproduire graphiquement le robot et son environnement Pour cela dans l espace de travail en 3D du Robot Studio Figure 9 ins rer tous les objets n cessaires pour la repr sentation du robot et de son environnement Dans la fen tre Fil
30. hariot mobile Ex cutez les deux programmes en parall le en dehors de la t che demand e au deux robots chacun d eux doit r aliser la trajectoire de la Figure 3 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 47 TPN 2 Simulation et Commande d un Robot 6ddl ABB IRB140 Introduction Le robot IRB 140 de la Figure 4 est un robot manipulateur articul rigide six degr s de libert s Afin d assurer une grande robustesse et garantir une pr cision constante m me lors de contraintes extr mement lev es l axe 2 utilise la technologie prouv e ABB de double palier Ses 6 axes de travail conf rent au robot un rayon d action exceptionnel ermettant le d veloppement de nouvelles opportunit s dans le monde de l automatisation flexible L IRB 140 peut tre fix au sol au mur dans tous les angles et m me suspendu Extr mement compact avec une hauteur de 800 mm et un poids de 98 Kg il s int gre parfaitement aux postes de travail de petites dimensions Avec sa haute vitesse et sa pr cision de positionnement de 0 03mm il est pr destin au chargement et d chargement de machines l usinage et au montage de petites pi ces dans l industrie horlog re de la microtechnique et de la machine outil au chargement d inserts et au d chargement des presses injecter au traitement de surface ainsi qu aux op rations de picking et d emballage Sa capacit de charge de 5 Kg permet un pr hens
31. ice sym trique d finie positive des acc l rations inertielles dont l l ment M de cette matrice est l inertie de la articulation sur la j articulation et vice versa N q q e R est le vecteur de forces et ou couples dus aux acc l rations de Coriolis et centrifuge Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 21 G q e R est le vecteur de forces et ou couples dus aux forces de gravitation H R repr sente les effets des frottements visqueux T f e R est le vecteur de forces et ou couples moteurs Une autre forme de repr sentation matricielle du mod le dynamique L35 est la suivante Armstrong 1986 T 2 M o d DG a l CD a GG Hi L41 avec q q Q R repr sentent respectivement les positions les vitesses et les acc l rations articulaires M q R est la matrice sym trique d finie positive des acc l rations inertielles dont l l ment M de cette matrice est l inertie de la articulation sur la 7 articulation et n n l vice versa D g eR est la matrice des couples de Coriolis C g e R est la matrice des couples de centrifuges G g e R est le vecteur des acc l rations gravitationnelles le vecteur H q e R repr sente les effets des frottements visqueux n n 1 T t e R est le vecteur de forces ou couples g n ralis s 4 4 R est le vecteur de produit des vitesses g n ralis es et a er est le vecte
32. ion mod le g om trique inverse On souhaite que le point P occupe une position particuli re dans l espace ce qui revient imposer O P Au avec u vecteur unitaire non nul dont on conna t les projections dans le rep re R 0 x Yo Zo U U Xo U Yo U Z avec u u u 0 et scalaire non nul D terminer le ou les jeux de param tres q qui sont solutions On commencera par d terminer q puis les autres param tres R ponse Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 28 2 ETUDE CINEMATIQUE 2 1 Question Vitesse de Rotation Donner les expressions des vitesses de rotation de chaque corps o i 0 avec i e 1 3 exprim es pour amp 1 0 dans R Ox y z pour amp 2 0 dans R 0 x y z et pour o 3 0 dans R 0 x 5 2 et dans R 0 x 1 2 5 Donner les expressions des d riv es galil ennes des vecteurs de la base R p tn Yoz R ponse 2 2 Question Vitesses et acc l ration des diff rents points Donner les expressions des vitesses galil ennes des points O O et P exprim es dans 0 x 7 2 2 Donner l expression de l acc l ration galil enne de O exprim e dans H 0 5 52 2 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 29 R ponse Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 30 2 3 Question Cin matique inverse On suppose que q
33. l instruction MoveL Move Linear pour les mouvements verticaux Compiler votre programme modifi sous Program Maker Dans Robot Studio partir de l anglet Program synchronisez le code modifi partir de Program Maker au contr leur virtuel en faisant un click droit sur le Module du programme appropri Ex cuter de nouveau le programme que constatez vous CONST tobrarget PROC maint emm COTE fime pince ccme copyiWOb i wob 307 Line pince oomo COPA Wb re wob 307 Donee LA CET Anetare ine o Du Foroyum mam jte imo Part j Figure 10 Programmer sous Program Maker Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 56 e Ex cution du programme de simulateur sur le robot r el Une fois le simulateur test sauver le programme sous prj dans l invite de commande de Program Maker ensuite envoyez le travers le r seau l ordinateur de l ABB correspondant en utilisant le programme de FTP Figure 11 Ouvrez le programme partir du pupitre du robot e Ex cuter le programme sur le robot r el en utilisant le pupitre mobile en mode pas pas puis en mode automatique pn WS EIPY5LL Local Sysiom c Progran Files US FTP Nme Dae Ste ow l amp complete wav 1040503 2 MkDi m connect vav 1040503 error vav 1040503 prorder vri 1040502 renove exe 1040503 vhatsnew txt 1040503 VS FTP hip 1040503 VS FTP ini 1040503
34. nipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 6 e Si zet z sont colin aires on choisit x dans le plan perpendiculaire Zi 3 Fixer les quatre param tres g om triques d q a et 0 voir la figure I 1 pour chaque articulation tel que e d coordonn e de l origine o sur laxez Pour une glissi re d est une variable et pour une charni re d est une constante e 6 est l angle que l on obtient par vissage de x vers x autour de l axe z Pour une glissi re q est une constante et pour une charni re q est une variable e d est la distance entre les axes z et z mesur e sur l axe x n gatif partir de son origine jusqu l intersection avec l axe z e a est l angle entre z et z obtenu en vissant z vers z autour de x On forme enfin la matrice homog ne DH de d placement qui lie la rotation et la translation La partie sup rieure gauche d finit la matrice de rotation Ri et le vecteur droit pour la translation d Ri di T zx i l i l n i4 P 00 1 1 5 avec cos cosa sin sin sin 0 Ri sin cosa cos sina cos 1 6 0 sina COS qd et Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 7 a cos 0 di a sin 0 1 7 i La figure L1 repr sente les param tres de Denavit et Hartenberg pour les deux rep res successifs x y 2 et x yj z Enfin la matrice de transformation homog ne de Denavit et Hartenberg est la sui
35. oments dont la valeur en un point P est not e M Ces deux champs sont reli s par la relation de Varignon M M RAOP Pour d finir un torseur il suffit donc de conna tre sa r sultante et son moment en un point On crit alors th M A Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 16 Notion de tenseur Lorsque l on dispose d une base d un espace vectoriel tout vecteur de cet espace peut se d crire par ses coordonn es dans cette base De m me une application lin aire entre deux espaces vectoriels lorsque l on a une base de chacun de ces espaces peut se d crire par une matrice Ainsi dans une base eee donn e le vecteur u sera d crit par ses composantes 4 ip uj Si l on change de base les composantes les nombres 4 u et u changent mais le vecteur u reste le m me Le tenseur repr sente l ensemble des repr sentations de u dans toutes les bases Un vecteur est un tenseur dit d ordre 1 Une application lin aire f d un espace vers un espace Fest d crite par une matrice M dont les coefficients d pendent de la base de et de celle de 7 Le tenseur repr sente l ensemble des repr sentations de f dans toutes les bases Une matrice est un tenseur dit d ordre 2 Un scalaire est un simple nombre qui ne d pend d aucune base On dit que le scalaire est un tenseur d ordre 0 1 3 1 Approche d Euler Lagrange Le formali
36. on des Entr es Sorties A partir des menus Configurer E S et Technologie GRIPPER Tech listez les entr es et sorties d j d clar es Exercice 5 Programmation du robot Dans cet exercice vous allez programmer le robot KUKA en planifiant une trajectoire afin de r aliser des op rations de chargement d chargement et montage d une pi ce Cette pi ce est compos e de trois parties comme le montre la Figure 13 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 61 Partie Interm diaire hp rieure Figure 13 Structure de la pi ce Les deux parties interm diaire et sup rieure sont positionn es initialement sur une palette correspondante leur forme g om trique Figure 14 Figure 14 Palette Pour crire un programme l aide du pendant il faut revenir sur le navigateur ouvrir le r pertoire Polytech et ouvrer un nouveau module de programme page 104 Les tapes du programme sont d crites comme suit 1 positionnement initial du robot HOME 2 d placement du robot jusqu la position 2 perpendiculaire la partie de base localis dans un chariot mobile Figure 15 Pour cela utilisez l instruction PTP point to point pages 73 75 du manuel Cette instruction permet d optimiser le d placement entre deux point tout en optimisant le nombre de degr s de libert Pour appeler cette instruction allez dans le menu Instructions Mouvement PTP
37. r machines de pr cision Chargement d inserts et d chargement des presses injecter Usinage traitement de surface d coupage et bavurage Technologies de soudage Montage et assemblage de composants en salle blanche Picking emballage et conditionnement Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 52 Objectifs du TP A travers ce TP on devra pouvoir manipuler le robot IRB 140 de la Figure 4 de deux mani res diff rentes manuelle ou automatique en utilisant soit le joystick du pupitre mobile d apprentissage de la Figure 5 ou par la r alisation des diff rentes t ches au robot dans un premier temps dans un environnement virtuel Studio Lite Figure 6 et dans un second temps sur le robot r el en transf rant le fichier de simulation r adapt apr s compilation gr ce Program Maker voir Figure 7 au syst me de commande 4C La dur e du TP est de 4 heures r parties suivant les t ches demand es comme suit 1 Manipulation et commande du robot IRB 140 par le biais du pupitre mobile 1 heure 2 Simulation graphique du robot IRB 140 sous Studio Lite 4 0 en d finissant des trajectoires 1 heure 3 Ex cution d une t che de pr hension 1 heure 4 Coop ration des ABB 1 heure Figure 8 Exemple de Manipulation du Robot IRB 140 Exercicel Manipulation et commande du robot IRB 140 par le biais du pupitre mobile Dans cette partie vous all
38. r origine le mot robota extrait de la litt rature grecque et qui veut dire ravail Nous avons trouv dans la litt rature diff rentes d finitions de ce syst me dynamique tel que e Celle donn e par JIRA Japon Industrial Robot Association Un robot est un syst me versatile dot d une m moire et pouvant effectuer des mouvements comme ceux d un op rateur humain e Celle donn e par RIA Robot Institute of America Un robot est un manipulateur fonction multiple programm pour r aliser automatiquement des taches vari es ventuellement r p titives La synth se de la commande du robot n cessite la connaissance des relations entre ses grandeurs d entr es et de sorties L ensemble de ces quations constitue le mod le math matique du robot Si les quations sont extraites de la physique le mod le est appel mod le de connaissance et si ces quations d coulent des observations disponibles sur le syst me le mod le s appelle mod le de repr sentation I 2 Mod lisation g om trique Tout manipulateur peut tre consid r comme une cha ne de liaisons connect es par des articulations charni res ou glissi res Chaque liaison localise les informations son propre rep re A l aide des matrices de passages d ordre quatre on peut arriver des informations globales sur le rep re de la base appel rep re d inertie Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 4 1
39. re matricielle on peut crire Vy gt U4 n 1 19 j l et TOT isi U o Of get 1 20 0 jzi Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 18 Pour une liaison roto de on a o 1 0 0 0 0 0 Q o 0 0 0 Lo 0 0 o Et pour une liaison prismatique 0 0 0 Q p 0 0 a o0 0 0 1 lo 0 0 o L nergie cin tique de l l ment 7 dans la liaison 7 est 2 2 PE dE g tracel V V dm En d veloppant l expression pr c dente on obtient Y dE Sirac 4i Y Xu i ri dm UI add j l k 1 L nergie cin tique de la liaison 7 est i i Ej L rrac e 2 MH JU dd j l k l avec x dm xy dm jJx zdm Jx dm xam ryan fus xan x dm fy y dm y y Z dm Jy i fy lz dm f dm Jam y dm Fe t xzdm Jy z dm Tu J x dm I y dm jl z dm dm L nergie cin tique des actionneurs est d finie par Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 1 22 1 24 1 25 1 26 19 1 amp Ea gt 1 d 1 27 zm o Zcaract rise un moment d inertie dans le cas d une rotation et une masse dans le cas d une translation de l actionneur 7 L nergie cin tique totale sera t4 c SES E 1 28 il L nergie potentielle est d crite par Fu et al 1987 n n Y m g n dm g Ti r 1 29 i l i l avec g g E 8 i exprim e dans le rep re F
40. s des matrices M B et le vecteur G sont les suivants Les l ments de la matrice d inertie M q my 2 57 1 38 c2 0 30 5 s 7 44x 10 c 4 M my 690x10 s 1 34x10 c4 2 38x107 c my m 1 34x 107 C 3 97 x10 UM 1 53 My 6 79 7 44 Xx 10 s Hly My 0 333 3 72X107 5 110x107 c m3 71 16 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 25 e Les l ments le la matrice B q q b 72265 c 7 44Xx 10 c 0 60 s c 2 13x 107 1 2 s 5 d by 6 90xX107 c 1 34X107 s 238x107 s d t 2 67 x10 s 7 58x10 c d b 7 44x10 c c 0 60 s c 220x107 c sy 2 13x107 1 2 s s d 0 5 2 67x 10 s 7 58x10 c4 ds b 0 5 2 76 s c 7 44x10 can 0 60 s c 2 13x10 1 2 s s d b 2 20x107 s 7 44x 10 c d om b 0 5 2 20Xx107 s 7 44 x10 c d by 0 5 7 44xX107 c c4 0 60 s c 220x107 c s 2 13x107 1 2 s s d b 0 5 2 20 x10 s 7 44X10 c q b 0 Les l ment du vecteur de gravit G q g 70 g 2 3720 8 4 s 1 02 s 1 55 g 8 4 s 0 25 c La d monstration et le calcul des l ments des matrices M B et le vecteur G du mod le dynamique de ce bras de robot manipulateur est pr sent dans la r f rence Armstrong et al 1986 La matrice Jacobienne J q est obtenue par les formules 1 13 et 1 51 Apr s quelques calcules simples nous trouvons les expre
41. sme d Euler Lagrange et la transformation homog ne de Denavit et Hartenberg am nent un algorithme consistant pr senter les quations dynamiques du mouvement L approche d Euler Lagrange sert mod liser et pr senter la dynamique des robots travers les quations du mouvement Elle s adapte lors des calculs manuels et pour des calculs assist s par ordinateur L quation d Euler Lagrange est Fu e al 1987 Paul 1981 d oL dL dE T di l9d 9q 9d T i 1 h 1 14 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 17 avec est l nergie de dissipation en cas de pr sence de frottement visqueux Test la force ou le couple g n ralis la 7 articulation n est le nombre de degr de libert qest la coordonn e g n ralis e de l articulation amp qest la d riv e de la coordonn e g n ralis e et Z est le Lagrangien exprim par l quation suivante L E E 1 15 o est l nergie cin tique totale de toutes les liaisons est l nergie potentielle totale de toutes les liaisons L nergie cin tique est calcul e par l expression de la vitesse dr 1 16 dt gt ERA 1 17 o r est la coordonn e homog ne du point j exprim e dans le rep re Ri Comme la dr liaison n est pas flexible on d 0donc f L dT dq dh d 1 18 vi n a A dq dt avec T est la matrice de transformation homog ne Sous une critu
42. ssions des l ments de la matrice J q Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 26 ji s a cta C ditd cid td Sa Jo 7 6 d s a 4 d d c C33 t d d c Cy h 4 C ja 76 a c a 04 d d s d d c Sys ja 7 s 5 d 54 d d s c3 Ja 7045 4 d d s C33 la jn a c a c d d s Jan 7 74 d t di 4 avec a 0 4319 m a 0 0203 m b 0 2435 m b 0 0934 m b 0 4331 met bs 0 m Les param tres physiques du bras de robot PUMA 560 sont repr sent s dans l annexe IT Pour plus d informations voir Armstrong et al 1986 Le tableau Ann IL1 repr sente les masses des diff rentes liaisons du manipulateur la masse de la premi re liaison n est pas pr sent e dans ce tableau puisque cette liaison ne fait pas une translation par rapport la base du robot mais seulement une rotation de l articulation 1 autour de l axe z nergie potentielle nulle La mesure de cette masse n est pas n cessaire Les diff rents moments d inerties relatifs chaque liaison en respectant les rep res des articulations sont repr sent s par Le tableau Ann IL2 La notation simplificatrice Jx Jyy et Zzsignifi respectivement le moment d inertie suivant l axe x y et z relatif chaque articulation et la notation moteur le moment d inertie du moteur Le rapport d engrenage et le couple maximum de chaque articulation sont
43. trant l ex cution en mode automatique e Sur l interface de Robot Studio dans l espace Program cliquez droite sur Program Modules et cr ez un nouveau module ensuite un nouveau main e Dans Robot Studio synchroniser les points et la trajectoire simul s avec le contr leur virtuel en cliquant sur Synchronise du Path cr e Activez l option Anti Collision dans la fen tre graphique robot collision Ex cuter ainsi le programme du robot virtuel ABB Que remarquez vous RdQ f A 3GaB 00000 e e fuvom pince cma z em fes mas lt Ce Emp Rm P IP PPMI T E M EI DOEDCES ve Figure 9 Planification des trajectoires pour le Robot ABB Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 55 Lecture du code avec Program Maker e Pour visualiser le code de l exemple pr c dent vous devez lancer Program Maker 4 0 figure 10 e Dans le Program Maker vous remarquez l apparition du programme correspondant au trajet simul dans Robot Studio Vous pouvez ensuite modifier le code Les syntaxes des diff rentes fonctions utilis es sont pr sentes sous formes d ic nes dans le logiciel et dans le manuel d utilisation de l ABB pr sent l AIP Expliquez bri vement le code affich e Modifiez le programme pr c dent afin d viter les diff rentes collisions du robot avec son environnement en rajoutant deux points interm diaires Utilisez
44. uction appropri e est CIRC Instructions Mouvement CIRC pages 87 91 Figure 15 Sch ma du montage Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 63 10 11 12 13 14 15 16 17 le robot doit descendre lin airement la position 6 pour d poser la 1 partie il doit remonter vers la position 5 se diriger vers l emplacement de la 2 partie de la pi ce sur l autre palette fixe prendre la partie interm diaire et la transporter jusqu la position 6 positionner la 2 partie au dessus de la 1 en affinant la vitesse de descente en mode manuel faite un demi tour avec la pince afin de fixer la pi ce interm diaire allez la position 10 au dessus de la partie sup rieure palette 2 en tablissant un mouvement circulaire passant par le point 9 descendre la position 11 pour prendre la 3 partie revenir sur le m me chemin circulaire et d poser la 3 partie au dessus des deux pr c dentes prendre la pi ce ainsi monter et la d poser sur la table ex cutez le programme en mode pas pas puis en mode continu page 105 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 64
45. ur de carr des vitesses g n ralis es tel que Evo E r 4 A ST al d AT did 243 in non duas 1 42 et 42 12522 217 1 llla 44 1 43 Il existe une m thode directe bas e sur le principe de conservation d nergie pour calculer rapidement la matrice des couples de Coriolis D et la matrice des couples centrifuges C Cette m thode est la suivante Armstrong et al 1986 Pour la matrice de Coriolis D le calcul est bas essentiellement sur la formule suivante p ap L44 avec le symbole de Christoffel d fini par Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 22 pelle uma o 1 45 2 dq dq dq Puisque la matrice d inertie est d finie positive on aura les propri t s suivantes dm om V i j k 1 46 q dq et m S pour izk jzk 1 47 dq Enfin les l ments de la matrice centrifuge C sont d finis par l quation suivante Gom 1 48 Le vecteur des frottements visqueux et secs H peut tre repr sent par les n l ments h g i 1 n sous la forme suivante h q o fy i fs sgn q 1 49 avec f et fasont respectivement les coefficients des frottements visqueux et secs de la 7 me articulation La perturbation due la port e de la charge repr sent e par U caract rise l effet de la charge z sur le mod le dynamique du robot il est calcul par la matrice Jacobienne Celle ci est la d riv
46. uvement du robot writeo n sortie valeur crit la valeur 0 ou 1 dans la sortie sp cifi e Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 45 testi n entr e valeur label retourne la valeur de l entr e sp cifi e et fait un saut l tiquette label si l entr e vaut valeur pallet ll lr ur n N d finit une palette de limites lllr ur n dont on acc de aux emplacements gr ce palletpt pali Le reste des commandes sont d taill es dans la documentation associ e Expliquez le code du programme ci dessous r dig en langage AML2 Pti new pt 274 286 10 7 5 Pt2 new pt 0 0 70 0 manip subr speed 0 1 If testi 1 eq 1 then begin pmove Pt1 pmove Pt1 4 Pt2 writeo 25 1 pmove pt14 0 0 30 107 writeo 25 0 end end A partir de ce dernier programme crire un programme qui permet de faire un mouvement vertical et lin aire tout en g rant l ouverture et la fermeture de la pince ou bien la ventouse Utiliser un diteur DOS ou bien celui du AML2 pour saisir votre code Compilez le programme pr c dent en saisissant les caract res SY sur l invite des commandes Lorsque le programme est correctement compil il faut le t l charger dans le contr leur menu 3 en indiquant un num ro d application 1 7 Sur le module de puissance passer en mode Auto puis s lectionner le num ro de votre application en la t l
47. ux pratiques repr sente un robot manipulateur 4ddl appel IBM 7576 Figure 1 Il repr sente le successeur du mod le populaire 7545 Il est rapide assist par ordinateur et fabriqu par la soci t Sankyo Les caract ristiques du robot sont repr sent es dans le tableau 1 Figure 1 Robot IBM 7576 Marque IBM Mod le 7576 Type Scara Axes 4 Pr cision 800 mm Capacit 10 Kg Utilisation Assemblage Tableau 1 Caract ristiques de l IBM 7576 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 43 Ainsi le syst me de commande est compos de 1 la partie de puissance Aost et de de la Figure 2 dont un pupitre est d tach 2 la commande du robot PC AT 3 un PC roll up permettant d diter de compiler et de simuler les programmes 4 un clavier de commande Pendant permettant d agir directement sur les axes et sorties du robot Partie de puissance Figure 2 Armoire de puissance et de commande du robot IBM 7576 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 44 2 Mise en marche Avant de manipuler le robot on doit suivre les tapes suivantes e mettre la partie puissance et commande sous tension e taper MENU puis confirmer dans le chemin C AML2 e choisir diter correspondant au menu 6 puis sur cr er menu 1 pour ouvrir un nouveau fichier exp manipl 3 Manipulation avec le Pendant
48. vante cos cosa sinO sina sin a cos sinQ coso cos sina cos a sin T 1 8 0 sin a cos qd d 0 0 0 1 Figure L 1 Syst mes de coordonn es et les param tres de Denavit et Hartenberg Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 8 1 2 3 Mod le g om trique du robot PUMA 560 Parmi les diff rentes structures de robots manipulateurs Robot coordonn es cart sienne cylindrique sph rique etc nous avons opt pour l architecture d un manipulateur la plus utilis e en robotique qui est celle d un robot articul PUMA 560 repr sent par la figure I 2 Ce bras de robot manipulateur r alise six degr s de libert caract ris s par des mouvements de rotations Figure I 2 Bras de robot PUMA 560 Les trois premi res articulations de ce manipulateur Waist Shoulder Elbow caract risent pour la premi re une rotation autour d un axe verticale la second et la troisi me suivant deux axes horizontaux dont les mouvements sont identifi s par les variables q q et q Les trois derni res articulations Wrist rotation Wrist bend Flange qui constituent le poignet du bras de robot sont caract ris es par les variables de rotationsq q et q On admet les hypoth ses simplificatrices suivantes e Les liaisons du manipulateur sont rigides e Les jeux dans les articulations sont n gligeables Cours et TP de Robotique de Manipulation Master
49. ynamique de ceux ci Nous avons remarqu que le comportement dynamique du robot manipulateur exige une trajectoire sp cifique continue en position en vitesse et en acc l ration permettant ainsi le contr le du robot avec des commandes lisses et physiquement acceptables Corps C Corps C Corps C Corps C Figure 1 Description du robot Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 35 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 36 ANNEXE I ANIMATION DU ROBOT PUMA 560 Nous avons r alis un programme en MatLab pour animer le bras de robot PUMA 560 avec une vision 3D Ce programme nous a permis de visualiser les diff rentes configurations du robot obtenues par les simulations La figure Ann I 1 repr sente la fen tre du menu A l aide de cette derni re on peut s lectionner les conditions initiales conditions finales temps de mouvement et le type des trajectoires de r f rences E G n rateur de trajectoire Figure Ann L1 Fen tre menu La figure Ann I 2 repr sente une image d une animation 3D du robot PUMA 560 On peut galement faire des projections de l animation suivant les deux plans XZ et XY voir les figures Ann L3 et Ann L 4 Cours et TP de Robotique de Manipulation Master SMART 09 10 R Merzouki 37 E Animation du bras de robot PUMA 560 Robot PUMA 680 Espace 3 D Etat Vous pouv
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