Contribution au contrôle de la compliance d'un bras de robot à actionnement électropneumatique
par Christine Prelle
Thèse de doctorat en Automatique Industrielle
Sous la direction de Maurice Bétemps.
Soutenue en 1997
à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec LAI - Laboratoire d'Automatique Industrielle (Lyon, INSA) (laboratoire) .
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Résumé
La compliance est une qualité nécessaire en Robotique pour un grand nombre de tâches de contact. Pour conférer un comportement compliant à un robot, plusieurs solutions sont possibles ; une étude bibliographique fait le point sur ces différentes solutions. Parmi celles-ci, nous avons retenu celle qui consiste à utiliser la compliance de l'actionneur ; nous proposons l'emploi d'actionneurs électropneumatiques originaux à soufflets métalliques bénéficiant d'une compliance intinsèque due à la flexibilité du soufflet et à la compressibilité de l'air. Deux conceptions de l'actionneur, respectivement à un et deux soufflets, sont comparées, afin d'en faire apparaître les avantages et inconvénients. Nous montrons qu'il est possible de contrôler la compliance de l'axe, soit par un retour d'état classique, soit par retour d'effort explicite, sans capteur d'effort. Dans les deux cas, on peut conserver une bonne stabilité de l'ensemble. Cependant, la commande par retour d'effort explicite offre des avantages certains par rapport à une commande classique : elle permet de modifier la compliance de l'actionneur linéairement en agissant sur un unique paramètre, sans influence sur le gain statique ; elle autorise également une latitude de réglage plus importante et l'obtention d'une compliance supérieure à celle du soufflet lui-même. De nombreux essais confirment bien les modèles et l'approche théorique. Pour valider notre démarche, nous avons pratiqué des tests sur un prototype à un bras, piloté par ce type d'actionneur, simulant un tiers de robot parallèle DELTA. Ces tests montrent que conformément à l'approche théorique la compliance du bras est ajustable en modifiant celle de l'actionneur par les lois de commande décrites ci-dessus.
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Titre traduit
= Contribution to the compliance control of a robot arm driven by electropneumatic actuator
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Résumé
Compliance is a characteristic required in Robotics for many contact tasks. Several ways are possible to confer a compliant behaviour on the robot ; a bibliographical study takes stock of these different solutions. Among all these, we have chosen the one consisting in using the actuator compliance ; we propose to use electropneumatic actuators composed of metal bellows having the advantage of an inherent compliance due to bellows flexibility and air compressibility. Two actuators designs, respectively with one and two bellows, are compared in order to make appear advantages and drawbacks. We show that it is possible to control axis compliance, either with a classical state feedback, or with an explicit force feedback, without force sensor. In the two cases, a good stability is remained. However, explicit force feedback control presents advantages comparing to classical control : it allows to modify actuator compliance linearly acting on a single parameter, without influence on the static state ; it allows a greater tuning range too and to obtain a compliance more important than the bellows compliance. A lot of tests verify the models and the theoretical approach. To validate our global approach, experiments have been done on a one-arm prototype, driven by this kind of actuator, and standing for a third of a parallel DELTA robot. These tests show that, in accordance with the theoretical approach, the arm compliance is adjustable modifying the actuator compliance with
