Contribution a l'analyse comportementale du couplage robot-environnement par une approche en transfert et répartition de puissance

Contribution to the analysis of the comportment of a robot in a coup led : environment task by a power transfer and scattering approach

• Auteur / Autrice : Olivier Champoussin
• Direction : Étienne Dombre, Philippe Coiffet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique industrielle
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAI - Laboratoire d'Automatique Industrielle (Lyon, INSA)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Étienne Dombre, Philippe Coiffet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrainte mécanique

Compliance

Robots industriels

Résumé

Les applications industrielles robotisées demandent l'accomplissement de tâches de plus en plus sophistiquées. La notion de contrôle de mouvement compliant lié au contact du robot à son environnement durant la tâche, représente un thème important en robotique. Les performances d'un tel système cinématiquement bouclé dépendent des dynamiques du robot, de l'environnement et de l'interaction dans le couplage fonction des échanges énergétiques entre systèmes. Nous apportons d'abord un point de vue énergétique du couplage robot-environnement lors d'une tâche de contact. Il est souhaitable d'étudier la puissance mise en jeu, d'autant que le robot et l'environnement présentent des stockages d'énergie (raideurs structurelles). Ensuite, nous faisons une étude sur• les raideurs articulaires des robots. Pour cela nous mettons en évidence et mesurons les raideurs statiques de deux types de robots PUMA 560, anthropomorphe ; Adept One, SCARA. Le transfert de la puissance de la source de puissance du robot, vers la charge (robot couplé à son environnement) est analysé à partir d'ondes de répartition de puissance. Les différentes parties du système (robot, correcteur-actionneur et environnement) sont modélisées sous forme d'impédance, afin de définir la matrice de répartition de puissance du système (matrice de Scattering). Il est alors possible de mettre en évidence un coefficient de transfert de puissance entre la source et la charge, ainsi qu'un ellipsoïde de transfert de puissance permettant d'établir les directions de commande et de contrôle, optimales en puissance (axes majeurs et mineurs). Enfin, les simulations et l'expérimentation sur un robot SCARA deux axes en contact à un environnement ont validé un transfert optimal de puissance entre la source de puissance du robot et la charge (couplage électro-mécanique robot-environnement) mettant en évidence l'intérêt de l'approche en ondes de répartition de puissance dans l'étude du comportement dynamique de ce couplage

In the robotics industrials applications we need more and more sophisticated tasks. The compliant motion control of robot in contact with the environment is an important research subject. The performances of such cinematically closed loop system are depending of the robot, the environment and the link interaction in function of the system energy exchanged. First we give an energetic point of view of the robot coupled with the environment in contact tasks. Indeed, the study of the used power is strongly useful all the more the robot and the environment have energetic stage (structural stiffness). Next we studied the stiffness of robot joints. In order to do this we put under the light the static stiffness of two different robot type: PUMA 560 and Adept One (SCARA). The power transfer from the power supply of the robot to the load (robot coupled to the environment) is analysed using the scattering power waves. The different parts of the system (robot, corrector-actuator and environment) are modeled in the impedance model, in order to define the power scattering matrix of the system. Now we can determine a power transfer coefficient between the source and the load and an ellipsoid of power transfer which can establish the control and regulation power optimal directions (major and minor axes). Finally, the simulations and the experiments on a tow axes SCARA robot in contact with the environment validate the optimal power transfer between source (power supply of the robot) and load (robot coupled to the environment). So we put into the light the interest of the power transfer and scattering approach in the study of the dynamic comportment of the linkage.