Etude d’un système de fabrication agile mobile pour composants de grande taille

Agile mobile manufacturing system for large work-pieces

• Auteur / Autrice : Hai Yang
• Direction : François Pierrot, Sébastien Krut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques et microélectroniques
• Date : Soutenance le 10/05/2012
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Pierrot, Sébastien Krut, Grigore Gogu, Olivier Gibaru, Benoît Furet, Olivier Company, Cédric Baradat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Grigore Gogu, Olivier Gibaru

Mots clés

Mots clés contrôlés

Procédés de fabrication

Robots mobiles

Robotique

Mots clés libres

Robot parallèle

Robot mobile

Fabrication agile mobile

Parallel robot

Mobile robot

Agile mobile manufacturing

Résumé

Les robots industriels, bien connus pour être des systèmes de fabrication flexibles et agiles, atteignent leurs limites lorsqu'il s'agit d'effectuer des tâches sur des pièces de grande taille (par exemple: les pièces longues et minces de l'industrie aéronautique). Pour ce type des tâches, les solutions existantes sont à leurs limites: les bras manipulateurs à base fixe souffrent d'un espace de travail trop limité; les bras manipulateurs montés sur véhicule ne sont pas assez précis; les machines-outils conventionnelles doivent être conçus à méga-échelle (plusieurs dizaines de mètres). Dans la cadre de cette thèse de doctorat, nous avons proposé des solutions robotiques innovantes qui combinent la capacité de marcher (ou de grimper) sur la pièce (ou sur le montage d'usinage) avec la capacité d'usiner. De l'analyse de la topologie et de la mobilité à la modélisation géométrique et cinématique, ainsi que la proposition d'algorithmes de contrôle innovants, des robots ont été proposés et étudiés pour la réalisation des tâches d'usinage ainsi que des tâches de locomotion. Un prototype a été construit qui témoigne de la pertinence de ce concept innovant. Il repose sur une architecture parallèle à actionnement redondant (8 moteurs pour 6 degrés de liberté) et combine moteurs, freins, dispositifs de bridage et de nombreux capteurs de position. Le prototype peut se fixer sur le montage d'usinage, réaliser ses tâches de fabrication, puis modifier sa configuration pour devenir un robot marcheur capable d'atteindre la zone de travail suivante.

Industrial robots, well known as flexible and agile manufacturing systems, reach their limits when dealing with very large workpieces (e.g.: very long and slender parts found in aeronautics industry). For such tasks, existing solutions are at their limits: stationary manipulator arms suffer from a too limited workspace; manipulators mounted on a vehicle are not accurate enough; classical machine-tools must be designed at mega-scale (several tens of meters). This thesis work aims at offering an innovative robotic solution that combines the ability to walk (or climb) on the workpiece (or on the tooling that supports the workpieces) together with manufacturing ability. From the topology and mobility analysis to the geometrics and kinematics modeling, as well as innovative control algorithms proposition, the proposed mobile manufacturing robots have been studied for achieving both machining and locomotion tasks. A prototype has been built to show the concept effectiveness . It is based on a parallel mechanism with actuation redundancy (8 motors for 6 degrees-of-freedom), combining motors, brakes, clamping devices and numerous position sensors. The robot can clamp itself on the manufacturing tooling, and then change its configuration to become a walking robot able to reach the next working area.