Étude d’un système robotique coopératif en milieu sidérurgique sévère

Study and design of a robotic systemcooperative in a severe steel environment

• Auteur / Autrice : Baptiste Menges
• Direction : Patrick Hénaff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 02/12/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications
• Jury : Président / Présidente : Benoît Iung
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Hénaff, Eric Monacelli, Sinan D. Haliyo, Sotiris Manitsaris, Pauline Maurice, Yvonne Delevoye-Turrell
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Monacelli, Sinan D. Haliyo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oscillateurs

Télécommande

Milieux extrêmes

Interaction homme-robot

Mots clés libres

Robotique coopérative

Robotique en milieu hostile

Télé-Opération

Musculoskeletal disorder

Robotics in a hostile environment

Teleoperation

Résumé

Le travail proposé dans le cadre de cette thèse s’inscrit dans l’amélioration de la qualité de production et des conditions de travail des sites sidérurgiques de Saint-Gobain PAM. Il a été proposé d’étudier et de développer un système robotique collaboratif capable d’assister un opérateur dans des tâches répétitives, pénibles et parfois dangereuse dans un environnement extrême de chaleur et de poussières. Récemment passé CMR, les poussières de silice cristallines représentent la plus grande problématique nécessitant d’étudier des solutions alternatives aux méthodes de production actuelles. Plus concrètement, le poste de travail de l’opérateur, qui est critique pour la qualité de production, nécessite une attention et un savoir-faire exigeant. Le travail de l’opérateur consiste à surveiller, nettoyer, revêtir, maintenir un organe de coulée de fonte d’une machine à centrifuger servant à la production de tuyau en fonte ductile. De nombreux mouvements réalisés par l’opérateur sont caractérisés comme rythmique et forme un cycle limite fermé dont on observe un comportement identique chez les oscillateurs dynamiques. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier une solution alternative permettant de réduire l’exposition de l’opérateur. Le choix technologique c’est porté sur la téléopération d’un système robotique afin de reproduire les tâches à distance hors des zones d’expositions. Le contrôle de ces tâches rythmiques sera effectué par différentes modèles d’oscillateur et différents moyens de téléopération. Cette thèse aura également pour but d’étudier l’implémentation de deux oscillateurs dynamiques, ceux de Hopf et Rowat-Selverston couplé à trois différents dispositifs de téléopération. Grâce aux différents essais, nous avons observé l'impact d'un contrôle avec un oscillateur dynamique par rapport à un contrôle sans. On observe également l'impact que pourront avoir les différents dispositifs de téléopération dans les signaux de commande.

The work proposed as part of this thesis is part of improving the production quality and working conditions of Saint-Gobain PAM steel sites. It was proposed to study and develop a collaborative robotic system capable of assisting an operator in repetitive, painful and sometimes dangerous tasks in an environment of extreme heat and dust. Recently passed CMR, crystalline silica dust represents the biggest problem requiring the study of alternative solutions to current production methods.More specifically, the operator's workstation, which is critical for the quality of production, requires demanding attention and know-how. The operator's job is to monitor, clean, coat, maintain a cast iron casting member of a centrifuge machine used in the production of ductile iron pipe. Many movements made by the operator are characterized as rhythmic and form a closed limit cycle, the same behavior of which is observed in dynamic oscillators.The objective of this thesis is therefore to study an alternative solution to reduce operator exposure. The technological choice fell on the remote operation of a robotic system in order to reproduce the tasks remotely outside the exhibition areas. The control of these rhythmic tasks will be carried out by different models of oscillator and different means of teleoperation. This thesis will also aim to study the implementation of two dynamic oscillators, those of Hopf and Rowat-Selverston coupled to three different teleoperation devices.Thanks to the various tests, we observed the impact of a control with a dynamic oscillator compared to a control without. We can also observe the impact that the various remote operation devices may have on the control signals.