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Licence Professionnelle Automatisme et Robotique Session 2019 - Amiens Fabio MO

Licence Professionnelle Automatisme et Robotique Session 2019 - Amiens Fabio MORBIDI Laboratoire MIS Équipe Perception Robotique Université de Picardie Jules Verne E-mail : fabio.morbidi@u-picardie.fr ME 5.1a 2 Organisation du cours n° Date matin/a.m. CM TD Contrôle Lieu 1 Mer. 17 oct. 2018 matin CM1 Dpt. EEA 2 Ven. 19 oct. 2018 matin CM2 TD1 Dpt. EEA 3 Mar. 13 nov. 2018 matin CM3 TD2 Promeo, salle 202 4 Ven. 16 nov. 2018 a.m. CM4 TD3 Promeo, salle 202 5 Mer. 12 déc. 2018 a.m. DS Promeo, salle 202 6 Jeu. 13 déc. 2018 matin TP1 Dpt. EEA 7 Jeu. 24 jan. 2019 a.m. TP2 Dpt. EEA 8 Jeu. 21 fév. 2019 a.m. TP3 Dpt. EEA Note finale = l’arrondi de 1 2 DS + TP1 + TP2 + TP3 3 Matin: 8h30-12h15, pause 10h20-10h35 Après-midi: 13h15-17h00, pause 15h10-15h25 3 • Robotics: Modelling, Planning and Control, B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo, Springer, 1ère éd., 2009, 632 pages (Ch. 1 et 2) • Robots: Principes et Contrôle, C. Vibet, Ellipses, 1987, 207 pages • Robotique: Aspects Fondamentaux, J.P. Lallemand, S. Zeghloul, Masson, 1994, 312 pages Bibliographie 4 Bibliographie Page web du cours: http://home.mis.u-picardie.fr/~fabio/Teaching.html 5 Plan du cours • Constituants et caractéristiques d’un robot • Gammes de robots et secteurs d’activités • Étude de cas: cellule robotisée de soudage • Actionneurs et capteurs d’un robot • Introduction • Repères et transformations homogènes • Les baies de commandes, le boîtier d’apprentissage, les modes et la programmation d’un robot 6 Robotique: un domaine pluridisciplinaire ! Robotique 7 Robotique: un domaine pluridisciplinaire ! Mécanique Electronique Informatique Automatique Intelligence artificielle Physique Mathématiques Science des Matériaux Robotique Ethique 8 … au cinéma Bad Robot Productions (J.J. Abrams) Robot BB-8 (Star Wars ép. VII, 2015) Robot T-800 (Terminator, 1984) Robot Sonny (I, Robot, 2004) Robot Baymax (Big Hero 6, Walt Disney, 2014) 9 Etymologie: mot tchèque robota (travail forcé), dans la pièce de théâtre “Rossum’s Universal Robots” de Karel Čapek, 1920 Robotique: mot utilisé pour la 1ère fois par l’écrivain I. Asimov dans le récit de SF « Liar ! » (Astounding Science Fiction, mai 1941) Définition 1 (Larousse): “Un robot est un appareil automatique capable de manipuler des objets ou d'exécuter des opérations selon un programme fixe, modifiable ou adaptable” Définition 2: “Un robot est un système mécanique polyarticulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches” Robotique: un domaine jeune ! 10 1 “Un robot est un système mécanique polyarticulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches” Robots ?! 2 3 4 5 6 7 11 1 “Un robot est un système mécanique polyarticulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches” Robots ?! 2 3 4 5 6 7 12 1 “Un robot est un système mécanique polyarticulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches” Robots ?! 2 3 4 5 6 7 13 1 “Un robot est un système mécanique polyarticulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches” Robots ?! 2 3 4 5 6 7 14 1 “Un robot est un système mécanique polyarticulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches” Robots ?! 2 3 4 5 6 7 15 1 “Un robot est un système mécanique polyarticulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches” Robots ?! 2 3 4 5 6 7 16 1 “Un robot est un système mécanique polyarticulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches” Robots ?! 2 3 4 5 6 7 17 1 “Un robot est un système mécanique polyarticulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches” Robots ?! 2 3 4 5 6 7 18 Robotique: de nombreux domaines d'application ! La robotique moderne trouve des applications dans différents domaines (liste non exhaustive !): • La robotique industrielle • La robotique de service • La robotique médicale • La robotique militaire • La robotique scientifique, par exemple pour l'exploration de l'espace ou des fonds marins (robots sous-marins), pour la recherche fondamentale (validation de nouveaux algorithmes), etc. • La robotique de transport (de personnes et de marchandises) 19 Robotique: de nombreux domaines d'application ! La robotique moderne trouve des applications dans différents domaines (liste non exhaustive !): • La robotique industrielle • La robotique de service • La robotique médicale • La robotique militaire • La robotique scientifique, par exemple pour l'exploration de l'espace ou des fonds marins (robots sous-marins), pour la recherche fondamentale (validation de nouveaux algorithmes), etc. • La robotique de transport (de personnes et de marchandises) 20 Nomenclature et classifications 21 Classification des robots Les robots mobiles Robot à roues Robot quadrupède Robot sous-marin (amphibie) Robot volant à voilure tournante (quadrirotor) Robot rampant (bio-inspiré) Robot volant à voilure fixe 22 Classification des robots WALK-MAN Baxter Asimo Les robots humanoïdes ICub www.icub.org www.walk-man.eu www.rethinkrobotics.com http://asimo.honda.com 23 ◦ Robot semi ou complètement autonome ◦ Robot réalisant des tâches pour les humains … … hormis les opérations de manufacture Stock de robots de service pour pros: ×1.5 en 4 ans* (de 63000 à 112000) - 1er secteur: sécurité/défense ◦ Ventes de robots ludiques: ×2.5 en 4 ans* (de 2.8 millions d’unités à 9.5 millions) ◦ Ventes de robots domestiques: ×2 en 4 ans* (de 4.4 millions d’unités à 9.2 millions) *Début 2008 - fin 2012 Classification des robots Les robots de service 24 Classification des robots Robots ludiques Aibo Les robots de service Wakamaru HydroBot Robomow Roomba Verro Applications: nettoyage (planchers, piscines) et manutention (tondeuse) Robots domestiques QRIO Robot - JO de Rio 2016 25 Les robots industriels (manipulateurs) Robots séries Adept Robots parallèles KUKA Stäubli ABB ABB Fanuc Universal Robots Classification des robots Yaskawa 26 Petite note historique: • 1947 : premier manipulateur électrique téléopéré • 1954 : premier robot programmable • 1961 : apparition du 1er robot industriel, Unimate, sur une chaîne de montage de General Motors • 1961 : premier robot avec contrôle en effort • 1963 : utilisation de la vision pour commander un robot (asservissement visuel) Un robot est la combinaison de: • Composants matériels (mécanique, hardware) • Composants immatériels (logiciels, software) 27 Modélisation d’un robot Modélisation d’un robot manipulateur: possible à plusieurs niveaux Il dépend des spécifications du cahier des charges de l'application envisagée. Il en découle des: • Modèles géométriques, cinématiques et dynamiques à partir desquels peuvent être engendrés les mouvements du robot • Modèles statiques qui décrivent les interactions du mécanisme avec son environnement Composants d’un système robotique Contrôle Capteurs Actionneurs Robot 28 L'obtention de ces différents modèles n'est pas aisée • La difficulté varie selon la complexité de la cinématique de la chaîne articulée • En particulier, entrent en ligne de compte: • Nombre de degrés de liberté (DDL) (par ex. 4, 6, 7) • Type des articulations (rotoïde ou prismatique) • Type de chaîne: ouverte simple ou arborescente, fermée Manipulateur de type Gantry (3 articulations primatiques, 3 DDL) Chaîne ouverte simple, 3 DDL Chaîne fermée, 1 DDL Modélisation d’un robot 29 Base Constituants d’un robot Actionneur (moteur) Articulation, liaison ou axe Corps ou segment Organe terminal, (ou effectuer, ou outil ex. pince/préhenseur) 30 Support Constituants d’un robot (term. anglais) Joint Link End-effector (ou tool ou gripper) Actuator (motor) Flange 31 Bâti (Corps 0) Constituants d’un robot Robot manipulateur = n corps mobiles rigides reliés par n articulations Corps 1 Corps 2 Corps n-1 Corps n Articul. 1 Articul. 2 Articul. 3 Articul. n-1 Articul. n ....... Organe terminal 32 On distingue classiquement quatre éléments principaux dans un robot manipulateur 1 2 3 4 environnement Constituants d’un robot 33 Système Mécanique Articulé (S.M.A.) • Un mécanisme ayant une structure plus ou moins proche de celle du bras humain. Il permet de remplacer, ou de prolonger, son action • Son rôle est d'amener l'organe terminal dans une pose (position et orientation) donnée, selon des caractéristiques de vitesse et d'accélération données • Son architecture est une chaîne cinématique de corps, généralement rigides (ou supposés comme tels) reliés par des articulations • Sa motorisation est réalisée par des actionneurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques qui transmettent leurs mouvements aux articulations par des systèmes appropriés (ex. réducteurs) Constituants d’un robot 34 Caractéristiques d’un robot Un robot doit être choisi en fonction de l'application qu'on lui réserve Voici quelques paramètres à prendre, éventuellement, en compte: • La charge maximale transportable (de quelques kilos à quelques tonnes), à déterminer dans les conditions les plus défavorables (c’est-à-dire, en élongation maximale) • L’architecture du S.M.A.: le choix est guidé par la tâche à réaliser. Par exemple, uploads/Management/ init-rob-1.pdf