Cours robotique complet

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  • 1. Campus centreIntroduction la mcatroniqueMouna Souissi Mouna.souissi@hei.fr 1

2. Campus centreIntroductionAujourdhui, le domaine de lindustrie recherche rduire son cot de production face la complexit croissante des systmes par la diminution: Du poids Du volume Des consommations Des bruits Cest ainsi quapparue la conception mcatronique . 2 3. Campus centreDfinition Mcatronique : Le mot mcatronique (mechatronics en anglais) a t invent au Japon en 1969 les ingnieurs Etsuro Mori et Er. Jiveshwar Sharma de la compagnie Yaskawa. Dmarche visant lintgration en synergie de la mcanique, llectronique, lautomatique et linformatique dans la conception et la fabrication dun produit en vue daugmenter et/ou doptimiser sa fonctionnalit. 3 4. Campus centreLa mcatroniqueElle intgre la notion de multi-domaine en reprsentant linteraction forte de plusieurs domaines qui sont : La mcanique Llectronique Linformatique Lautomtique 4 5. Campus centreSystme mcatonique Le but dun systme mcatronique est de raliser une fonction principale mais aussi tant capable de rpondre quatre fonctions secondaires :MESURER:capteurs(prsencesoleil/vent)PENSER:unit de traitement (analyse, dcision)AGIR :actionneurs (ouverture automatise)COMMUNIQUER: interface(dialogue avec lextrieur) 5 6. Structure de Principe dun systme mcatronique6 7. Campus centreDomaines dapplication Larospatial ( les systmes de rgulations antivibratoires des avions) Lautomobile ( la direction assiste, lABS, lEPS) La production (machines-outils, robots industriels) Le mdical (aussi bien dans le matriel que dans lassistance ou le remplacement dorganes humains, on parle alors de biomcatronique) Llectromnager (les machines laver dtes intelligentes )7 8. Campus centreLa RobotiqueMouna Souissi Mouna.souissi@hei.fr 8 9. Campus centre PlanChapitre 1 : Gnralits Chapitre 2 : Les transformations rigides Chapitre 3 : Les bras manipulateurs Chapitre 4 : Modlisation des bras manipulateurs Chapitre 5 : Notions complmentaires9 10. Campus centreChapitre 1 Gnralits10 11. Campus centreGnralits Dfinition dun Robot : "Un appareil automatique qui peut effectuer des fonctions normalement effectuer par des humains." Traduit du dictionnaire Websters "Appareil automatique capable de manipuler des objets ou dexcuter des oprations selon un programme fixe ou modifiable." Petit Larousse "Un manipulateur reprogrammable multifonctionnel conu pour dplacer des matriaux, des outils, des pices ou des composantes spcialiss travers une srie de mouvements programms pour effectuer une tache prcise. " Robot Institut de robotique dAmrique,1979 "A robot is a machine designed to execute one or more tasks repeatedly, with speed and precision." whatis.com11 12. Campus centreGnralits"Manipulateur command en position, reprogrammable, polyvalent, plusieurs degrs de libert, capable de manipuler des matriaux, des pices, des outils et des dispositifs spcialiss, au cours de mouvements variables et programms pour lexcution dune varit de tches. Il a souvent lapparence dun ou plusieurs bras se terminant par un poignet. Son unit de commande utilise, notamment, un dispositif de mmoire et ventuellement de perception et dadaptation lenvironnement et aux circonstances. Ces machines polyvalentes ont gnralement tudies pour effectuer la mme fonction de faon cyclique et peuvent tre adaptes dautres fonctions sans modification permanente du matriel." AFNOR Association Franaise de Normalisation12 13. Campus centreGnralits Un robot = dispositif mcatronique accomplissant automatiquement soit des tches qui sont gnralement dangereuses, pnibles, rptitives ou impossibles pour les humains, soit des tches plus simples mais en les ralisant mieux que ce que ferait un tre humain. Un robot intelligent est un assemblage complexe de pices mcaniques et de pices lectroniques, le tout pouvant tre pilot par une intelligence artificielle. Lorsque les robots autonomes sont mobiles, ils possdent galement une sources dnergie embarque : gnralement une batterie daccumulateurs lectriques.13 14. Campus centreGnralits Les 3 lois de la robotique : Les Trois lois de la robotique, formules par l'crivain de science fiction de Isaac Asimov, sont des rgles auxquelles tous les robots qui apparaissent dans sa fiction obissent. Un robot ne peut porter atteinte un tre humain, ni, restant passif, permettre qu'un tre humain soit expos au danger. Un robot doit obir aux ordres que lui donne un tre humain, sauf si de tels ordres entrent en conflit avec la Premire loi. Un robot doit protger son existence tant que cette protection n'entre pas en conflit avec la Premire ou la Deuxime loi.14 Superman-mechanical-monster 15. Campus centreGnralits Composition d'un robot: Capteurs qui informent sur ltat de celui-ci Des actionneurs qui agissent sur le systme rguler Un outil de correction -gnralement logiciel- pour amliorer la qualit de la rgulation (vitesse de raction, prcision, justesse, adaptabilit du systme des situations nouvelles)15 16. GnralitsCampus centreExemple de robots : Robots mobilesBio-inspirsMicro-Nano RobotsAsimo Icare de lINRIAL'AR.Drone 2.0 de ParrotInteraction avec le sangSeaExplorer https://www.youtube.com/watch?v=Q3M4S7_ISs0BigDog 16 17. GnralitsCampus centreRobots manipulateursRobots mdicauxKukaDelta ABB17 18. Campus centreGnralits Domaine dapplication: AutomobileRobot soudeur Chane dassemblage Robot peintre 18 19. Campus centreGnralits Domaine dapplication: Chane de production19 20. Campus centreGnralits Domaine dapplication: Exploration spatialeSpirit, NASA,2003, sur MarsCanadarm 20 21. Campus centreGnralits Domaine dapplication: Scurit, MilitairePredator B DroneRobot Dmineur21 22. Campus centreGnralits Domaine dapplication: ServicesRobot AspirateurRobot lave vitreRobot pour ramasser des personnes victimes dune simulation dattaque radiologique22 23. Campus centreGnralits Domaine dapplication: Chirurgie et mdical23 24. ChorgrapheMonitorNaosim 24 25. Campus centreChapitre 2 Les transformations rigides (rappels mathmatiques pour ltude des mcanismes poly-articuls) Notations et dfinitions Rotations25 26. Campus centreNotations et dfinitions Points: Soit un repre R (O,x,y,z), la position dun point M est donne par un triplet de coordonnes. Les coordonnes de ce point sont reprsentes par un vecteur sous la forme dune matrice colonne X Y z Le mouvement du point est la courbe paramtre m(t) donnant sa position au cours du temps. 26 27. Campus centreNotations et dfinitions Solides: Un solide est indformable si , pour toute paire de point de ce solide de cordonnes m et n , la distance entre ces deux point reste constante au cours du temps. ||m(t) n(t)|| = ||m(0) n(0)|| Le mouvement rigide est le mouvement de chacun de ces points. La situation du solide est donne par la position et lorientation dans R dun repre li au solide. 27 28. Campus centreNotations et dfinitions Degrs de libert: Il y a 6 degrs de libert dans lespace.3 en position + 3 en orientation28 29. Campus centreNotations et dfinitions Degrs de libert dun solide dans lespace:29 30. Campus centreNotations et dfinitions Degrs de libert dun solide dans le plan: Dterminer les degrs de libert dun robot mobile roues. Application: 1. Dans le plan, quel sont les coordonnes dun solide ? 2. Quel sont les degrs de libert du robot ? 3. Est-ce quivalent ? Le robot avance de t puis tourne de . Le robot tourne de puis avance de t. 4. Donner les coordonnes du robot. 5. A partir dune position initiale, le robot tourne de puis avance de t. Donner sa nouvelle position 6. A partir dune position initiale, le robot tourne de puis avance de t puis tourne de puis avance de d. Donner son positionnement. 30 31. Campus centreNotations et dfinitions Transformation rigide: Une transformation rigide est le rsultat dun mouvement rigide amenant le solide dune situation initiale une situation finale.31 32. Campus centreRotations 1.Matrice de rotation: On considre deux repres R et R qui ont la mme origine O.La matrice R = (x y z) est appele matrice de rotation (ou encore matrice de passage ou matrice de changement de base) du repre R vers le repre R.32 33. Campus centreRotations 1.Matrice de rotation En deux dimensions: Exprimer Ax et Ay en fonction de Ax et Ay ?33 34. Campus centreRotations 1.Matrice de rotation En deux dimensions:En deux dimensions, les matrices de rotation ont la forme suivante :Cette matrice fait tourner le plan d'un angle . Si34 35. Campus centreRotations 1.Matrice de rotation En trois dimensions: Dans un espace euclidien 3 dimensions, les matrices de rotations suivantes correspondent des rotations autour des axes x, y et z (respectivement) :Les rotations oprent ainsi : Rx tourne l'axe y vers l'axe z, Ry tourne l'axe z vers l'axe x et Rz tourne l'axe x vers l'axe y En pratique, pour dterminer le sens de rotation, on peut utiliser la rgle de la main droite.35 36. Campus centreRotations a) Rotation dun point appartenant un solide m et m sont les coordonnes dun point M dans R et RLes coordonnes des vecteurs de la base R exprimes dans R sont notes : x,y,z Les coordonnes de M dans R sont:36 37. Campus centreRotationsExemple dapplication : t Soit M de coordonnes : (1 5 9) dans R Dterminer les coordonnes du point transform par une rotation de centre O et dangle autour de z .37 38. RotationsCampus centreb) Rotation dun vecteur : La rotation sapplique aussi sur une vecteur. Les coordonnes dun vecteur est la diffrence des coordonnes de deux points. Soit un vecteur V de coordonnes v=m-n Et v=m-n Alors on a :Et donc :38 39. Campus centreRotationsc) Proprits des rotations: L a matrice de rotation R est constitue de colonnes orthonormales1. La combinaison de deux rotation R1 et R2 est la rotation R1R2 2. Il existe un unique lment neutre qui est la matrice identit dordre 3 3. Il existe une unique inverse 4. La rotation est une transformation rigide :39 40. Rotat