Amélioration de la précision des robots industriels pour la découpe de matériaux composites

Improving the accuracy of industrial robots for machining process in composite materials

• Auteur / Autrice : Mohammad Vakilinejad
• Direction : Olivier Gibaru
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LISPEN
• Jury : Président / Présidente : Richard Béarée
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Richard Béarée, Nabil Anwer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nabil Anwer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structures en nid d'abeille

Robots industriels

Ultrasons -- Applications industrielles

Mots clés libres

Robots

Précision absolue

Usinage robotisé

Composite

Robot

Absolute accuracy

Robotic machining

Composite

Résumé

La participation des bras robotiques industriels à  différentes applications de fabrication est en constante évolution. Ces dispositifs, qui n'étaient autrefois utilisés que dans des applications fondées sur leur répétabilité acceptable, prennent maintenant la place d'opérateurs humains dextérités ou de dispositifs d'usinage rigides dans les tâches de fabrication de haute précision. Toutefois, les défauts hérités de ces structures nécessitent des études plus approfondies pour garantir des performances acceptables. Dans cette thèse, les efforts ont été consacrés en premier lieu à  observer la contribution des différentes sources d'erreur dans la fabrication robotisée impliquée. Les principaux contributeurs à  l'imprécision du robot ont été étudiés pour les processus d'identification et de compensation. Un modèle élastostatique d'un robot industriel est généré. Une nouvelle méthode d'identification des erreurs de transmission des articulations est abordée, capable de réduire massivement le temps d'identification. Pour améliorer la qualité des pièces dans le processus d'usinage par ultrasons de nid d'abeille robotisé, une nouvelle approche est proposée pour intégrer le comportement de conformité de l'outil à  celui de la structure du robot. Une procédure détaillée de développement du modèle de force d'usinage et de mesure des erreurs géométriques est également présentée pour ce processus d'usinage. Pour réduire l'effet des sources d'erreurs non-géométriques, un processus d'optimisation est exécuté pour le placement optimal de la pièce dans l'espace de travail du robot

The involvement of industrial robotic arms in different manufacturing applications is going through an ever-changing era. These devices which were once only used in applications based on their acceptable repeatability are now taking place of dexterous human operators or rigid machining devices in high precision manufacturing tasks. However, the inherited shortcomings of these structures require further investigations to ensure acceptable performance. In this thesis, efforts were dedicated firstly to observe the contribution of different error sources in robotic involved manufacturing. The main contributors to the robot inaccuracy were investigated for identification and compensation processes. An elastostatic model of an industrial robot is generated. A novel method in identifying joint transmission errors is addressed capable of massively reducing the identification time. To enhance the workpiece quality in robotic-based honeycomb ultrasonic machining process, a new approach to integrate tool compliance behaviour with the one of robot structure is proposed. A detailed procedure of developing the machining force model and geometrical error measurement is also presented for this machining process. To reduce the effect of non-geometrical error sources, an optimization process is executed for optimal placement of workpiece in robot workspace.