Analyse, modélisation et méthodes de compensation du défaut de suivi de trajectoire pour le parachèvement robotisé : cellule robotisée de parachèvement pour l’usine du futur

Analysis, modelling and compensation methods of path tracking fault for robotized aeronautical part finishing

• Auteur / Autrice : Alexandre Ambiehl
• Direction : Benoît Furet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, productique, transport
• Date : Soutenance le 04/05/2017
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Claire Lartigue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Sabourin, Maxime Gautier, Sébastien Garnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Sabourin, Yann Landon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots industriels

Mots clés libres

Identification elasto-statique

Système ballbar

Résumé

Le parachèvement de pièces aéronautiques en aluminium représente une part importante du coût des pièces produites. L’objectif de ces travaux est d’opérer un transfert d’opérations, des opérateurs et machines vers les cellules robotisées, économiquement plus intéressantes. Cette thèse vise à améliorer l’identification d’un modèle elasto-statique des robots industriels et à fournir une méthode de correction hors ligne des trajectoires dans une logique de moyenne série. Le premier chapitre présente un état de l’Art du parachèvement et des procédés que nous avons pris en considération. Il évoque les robots industriels, leur architecture, leur modélisation géométrique et elasto-statique. Il s’intéresse à leurs défauts de suivi de trajectoire et les causes associées. Dans le second chapitre, nous étudions les méthodes d’identification du modèle elasto-statique existantes. Nous critiquons leur mise en oeuvre actuelle et proposons une amélioration des protocoles d’identification. Nous étudions l’influence de la méthodologie de reconstruction géométrique par une étude de la sensibilité des raideurs apparentes. Nous proposons une nouvelle méthode de découplage de l’identification pour apporter plus de robustesse dans la détermination des raideurs articulaires. L’apport de cette méthode se justifie par son application sur un robot à double encodage KUKA KR 300 SE. Le dernier chapitre propose une correction miroir améliorée. Celle-ci intègre la problématique de la dynamique de la commande générée par la méthode miroir. Elle est appliquée sur des trajectoires circulaires, mesurée avec un outil ballbar.

The finishing of aluminium aeronautical parts is a great share of the overall production cost. The aim of this work is to facilitate operation transfert from manual operations and machines operations to robotic cells that are economically more interesting. This thesis seeks to improve the identification of a kinetostatic model for industrial robots and provide an offline correction method for mid-size part production volume. The first chapter is a state of the art in finishing operations and the involved processes, mainly machining, grinding and sanding that we considered in this study. It presents robots architecture and models (kineto-static and geometric). We show example of path tracking errors and the associated causes according to the literature. In the next chapter, we study the existing kineto-static identifications methods. We review the actual implementation of the methods and offer improvements. We study the influence of the geometrical reconstruction methodology applied in those identification methods by a sensibility analysis on the stiffness parameters. We propose a new identification method based on decoupling equations. This method brings more reliable results and robustness in the value of the stiffness parameters. The contribution of this method is justified by its application on a double encoder robot (KUKA KR 300 SE). The last chapter is a proposal for an improvement in the mirror correction method for trajectory correction. This new proposal takes into account the dynamics of the command created by the mirror method. It is applied on circular trajectories and measured thanks to a Ballbar tool.