Cours de Robotique - avr.icube.unistra.fr · 23 6. Utilisation des robots 6.1. Tâches simples • La grande majorité des robots est utilisée pour des tâches simples et répétitives

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Cours de RobotiqueCours de Robotique

ENSPS 3AENSPS 3AMASTER ISTIMASTER ISTI

Jacques GangloffJacques Gangloff

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Plan du coursPlan du cours

• Introduction - vue d'ensemble de la robotique

• Fondements théoriques– Positionnement

• Rotation / Représentations de la rotation• Attitude / Matrices homogènes

– Cinématique• Vitesse d'un solide• Vecteur vitesse de rotation• Mouvement rigide• Torseur cinématique

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• Modélisation d'un robot– Modèle géométrique

• Convention de Denavit-Hartenberg• Modèle géométrique direct• Modèle géométrique inverse

– Modèle cinématique• Jacobien direct d'un robot• Inversion du Jacobien

– Modèle dynamique

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• Commande des robots– Au niveau articulaire

• Les actionneurs• Asservissements de bas niveau• Stratégies d'asservissements de position• Génération de trajectoire

– Dans l'espace opérationnel• Trajectoires dans l'espace opérationnel• Asservissements en effort

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I. IntroductionI. Introduction

• 1. Définition et historique

• 2. Différentes catégories de robots

• 3. Vocabulaire de la robotique

• 4. Caractérisation des robots

• 5. Les différents types de robots manipulateurs

• 6. Utilisation des robots

• 7. Avenir de la robotique

• 8. Bibliographie

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1. Définition et historique1. Définition et historique

– Étymologie : le mot tchèque robota (travail).– Définition : un robot est un système mécanique poly-

articulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches.

– Historique :• 1947 : premier manipulateur électrique téléopéré.• 1954 : premier robot programmable.• 1961 : apparition d'un robot sur une chaîne de montage de

General Motors.• 1961 : premier robot avec contrôle en effort.• 1963 : utilisation de la vision pour commander un robot.

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2. Différentes catégories de robots2. Différentes catégories de robots

• Robots mobiles

• Robots sous-marins

• Robots volants

• Robots humanoïdes

• Robots manipulateurs : objet de ce cours.

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3. Vocabulaire de la robotique3. Vocabulaire de la robotique

• Actionneur = moteur

• Axe = articulation

• Corps = segment

• Organe terminal

• Effecteur = outil

• Base

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4. Caractérisation des robots4. Caractérisation des robots4.1. Description de sa géométrie4.1. Description de sa géométrie

• Robot = système mécanique poly-articulé :– Articulation prismatique :

– Articulation rotoïde :

• Caractéristiques géométriques :• Nombre d'axes (mus par un actionneur).• Architecture (série ou parallèle).• Chaînage des articulations.• Nombre de degrés de liberté.

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4. Caractérisation des robots 4. Caractérisation des robots 4.1. Description de sa géométrie4.1. Description de sa géométrie

• Exemples :– 3 axes, série, RRR, 3DL.

– 3 axes, série, PPP, 3DL.

– 4 axes, parallèle, RP+RP, 3DL.

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4. Caractérisation des robots4. Caractérisation des robots4.2. Volume accessible4.2. Volume accessible

• Volume accessible par l'outil du robot.

• Ce volume dépend :• de la géométrie du robot,• de la longueur des segments,• du débattement des articulations (limité par des butées).

• Exemples :

Rem : toutes les dimensions de ces volumes sont précisées.Rem : toutes les dimensions de ces volumes sont précisées.

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4. Caractérisation des robots4. Caractérisation des robots4.3. Précision / Répétabilité4.3. Précision / Répétabilité

• Positionnement absolu imprécis (>1 mm):• Erreurs de modèle géométrique,• Erreurs de quantification de la mesure de position,• Flexibilités.

• Répétabilité : la répétabilité d'un robot est l'erreur maximale de positionnement répété de l'outil en tout point de son espace de travail.

• En général, la répétabilité < 0.1 mm.

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4. Caractérisation des robots4. Caractérisation des robots4.4. Performances dynamiques4.4. Performances dynamiques

• Vitesse maximale :– Vitesse maximale de translation ou de rotation de

chaque axe.– Les constructeurs donnent souvent une vitesse de

translation maximale de l'organe terminal.

• Accélération maximale :– Est donnée pour chaque axe dans la configuration la

plus défavorable (inertie maximale, charge maximale).– Dépend fortement de l'inertie donc de la position du

robot.

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4. Caractérisation des robots4. Caractérisation des robots4.5. Charge utile4.5. Charge utile

• C'est la charge maximale que peut porter le robot sans dégrader la répétabilité et les performances dynamiques.

• La charge utile est nettement inférieure à la charge maximale que peut porter le robot qui est directement dépendante des actionneurs.

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4. Caractérisation des robots4. Caractérisation des robots4.6. Exemple4.6. Exemple

ABBABBTMTM

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5. Les différents types de robots5. Les différents types de robots5.1. Les robots SCARA5.1. Les robots SCARA

• SCARA = Selective Compliance Articulated Robot for Assembly.

• Caractéristiques :• 3 axes, série, RRP, 3 DDL.• Espace de travail cylindrique.• Précis.• Très rapide.

• Exemples :

SankyoSankyoTMTM

AdeptAdeptTMTM

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5. Les différents types de robots5. Les différents types de robots5.2. Les robots cylindriques5.2. Les robots cylindriques

• Caractéristiques :• 3 axes, série, RPP, 3 DDL.• Espace de travail cylindrique.• Très rapide.

• Exemple :

SeikoSeikoTMTM

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5. Les différents types de robots5. Les différents types de robots5.3. Les robots sphériques5.3. Les robots sphériques

• Caractéristiques :• 3 axes, série, RRT, 3 DDL.• Espace de travail sphérique.• Grande charge utile.

• Exemple :

FANUCFANUCTMTM

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5. Les différents types de robots5. Les différents types de robots5.4. Les robots Cartésiens5.4. Les robots Cartésiens

• Caractéristiques :• 3 axes ⊥ 2 à 2, série, PPP, 3 DDL.

• Très bonne précision.• Lent.

• Exemple :

ToshibaToshibaTMTM

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5. Les différents types de robots5. Les différents types de robots5.5. Les robots parallèles5.5. Les robots parallèles

• Caractéristiques :• Plusieurs chaînes cinématiques en parallèle.• Espace de travail réduit.• Précis (grande rigidité de la structure).• Rapide.

• Exemple :

COMAUCOMAUTMTM

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5. Les différents types de robots5. Les différents types de robots5.6. Les robots anthropomorphe5.6. Les robots anthropomorphe

• Caractéristiques :• Reproduisent la structure d'un bras humain.• 6 axes, série, 6R, 6 DDL.

• Exemples :• Architecture standard :

KawasakiKawasakiTMTM

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5. Les différents types de robots5. Les différents types de robots5.6. Les robots anthropomorphe5.6. Les robots anthropomorphe

• Architecture à parallélogramme :

ModèleModèle

ChargeChargeutileutile

Rayon Rayon d'actiond'action

MasseMassedu robotdu robot

SN-IRBSN-IRBSérie 1Série 1

5-6 kg5-6 kg

1,45m1,45m

225 kg225 kg


10-16 kg10-16 kg

1,55m1,55m

350 kg350 kg


45 kg45 kg

1,95m1,95m

900 kg900 kg


120 kg120 kg

2,8m2,8m

2000 kg2000 kg

ABBABBTMTM

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6. Utilisation des robots6. Utilisation des robots6.1. Tâches simples6.1. Tâches simples

• La grande majorité des robots est utilisée pour des tâches simples et répétitives.

• Les robots sont programmés une fois pour toute au cours de la procédure d'apprentissage.

• Critères de choix de la solution robotique :• La tâche est assez simple pour être robotisée.• Les critères de qualité sur la tâche sont importants.• Pénibilté de la tâche (peinture, charge lourde, environnement

hostile, ...).

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• Robot soudeurs :

Par pointsPar points A l'arcA l'arc

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• Robots de palettisation :

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• Autres applications :

ChargementChargement PolissagePolissage PositionnementPositionnement

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• Applications d'avenir :

Industrie agro-alimentaireIndustrie agro-alimentaire

Génie génétiqueGénie génétique

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• Statistiques nationales (2003) :

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• Statistiques internationales (2001) :

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6. Utilisation des robots6. Utilisation des robots6.2. Tâches complexes6.2. Tâches complexes

• Robotique de service :

Robot pompisteRobot pompiste

Robot laveur d'avionRobot laveur d'avion

Robot grimpeurRobot grimpeur

Robot de constructionRobot de construction

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6. Utilisation des robots6. Utilisation des robots6.2. Tâches complexes6.2. Tâches complexes

• Robotique médicale :

Computer motionComputer motionTMTM

Intuitive surgicalIntuitive surgicalTMTM

AssistanceAssistanceauxauxpersonnespersonneshandicapéeshandicapées

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7. Avenir de la robotique7. Avenir de la robotique

• Stagnation du nombre de robots utilisés pour des tâches simples.

• Forte croissance du nombre des robots utilisés pour des tâches complexes :

– Robotique de service,– Robotique d'assistance aux manipulations dans la

recherche biologique et génétique,– Robotique médicale,– Robotique ludique

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7. Avenir de la robotique7. Avenir de la robotique

• Statistiques internationales (2003) :

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8. Bibliographie8. Bibliographie

• M. W. Spong et M. Vidyasagar, Robot dynamics and control, John Wiley & sons.

• John J. Craig, Introduction to robotics - mechanics and control, Addison-Wesley.

• C. Canudas de Wit, B. Siciliano et G. Bastin, Theory of robot control, Sringer.

• H. Asada et J.-J. E. Slotine, Robot analysis and control, John Wiley & sons.

• E. Dombre et W. Khalil, Modélisation et commande des robots, Hermes.

• J.-P. Lallemand et S. Zeghloul, Robotique - Aspects fondamentaux, Masson.

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