Conception et analyse d'un robot parallèle à cinq degrés de liberté pour des opérations d'empaquetage rapides

Design and analysis of a five degrees of freedom parallel robot for fast pick and place operations.

• Auteur / Autrice : Valentin Le Mesle
• Direction : Sébastien Briot, Vincent Bégoc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Productique et Robotique
• Date : Soutenance le 16/06/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Vigen Arakelyan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Briot, Vincent Bégoc, Vigen Arakelyan, Ilian Bonev, Hélène Chanal, Marc Gouttefarde, Mikaël Trebouvil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ilian Bonev, Hélène Chanal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Logistique (gestion)

Robots -- Cinématique

Commande automatique

Industries agroalimentaires

Robots industriels

Mots clés libres

Robot parallèle

Prise et dépose

Industrie agro-alimentaire

Delta

Optimisation

Parallel robot

Pick and place

Food industry

Delta

Optimization

Résumé

Les opérations de prise et dépose rapides, telles que l’insertion de produits dans des cartons, sont très importantes dans l’industrie agro-alimentaire. Ces opérations sont généralement réalisées par des robots Delta équipes de chaines UPU, reliant la base et l’effecteur du robot par des liaisons cardans. Cependant, l’utilisation de ces chaines généré une réduction de l’espace de travail du robot Delta, ainsi qu’une usure prématurée des cardans. Cette thèse CIFRE, réalisée avec l’entreprise MG-Tech, introduit plusieurs cinématiques de jambes Delta modifiées permettant de transmettre une rotation vers l’effecteur grâce a une succession de parallélogrammes (ou anti-parallélogrammes) intégrés a une jambe Delta. L’utilisation d’une ou plusieurs de ces jambes permet d’apporter jusqu’à trois rotations supplémentaires vers l’effecteur. Un processus d’optimisation a été mis en place afin de déterminer les paramètres géométriques d’un robot a cinq degrés de liberté, menant a la réalisation d’un prototype pré-industriel. Après un fonctionnement continu d’un million de cycles dans des conditions typiques des applications de MG-Tech, une étude comparative a été réalisée entre le prototype et le robot actuel de MG-Tech. Les résultats montrent des performances cinématostatiques équivalentes pour les deux robots : les principales sources de jeu proviennent de mécanismes embarques sur la plateforme.

Fast pick and place operations, such as inserting products into boxes, are very important in the food industry. These operations are usually performed by Delta robots equipped with UPU chains, which connect the robot base and end effector via universal joints. However, the use of these chains generates a reduction of the working space of the Delta robot, as well as a premature wear of the cardan joints. This CIFRE thesis, carried out with the company MG-Tech, introduces several modified Delta leg kinematics allowing to transmit a rotation to the end effector thanks to a succession of parallelograms (or anti-parallelograms) integrated to a Delta leg. The use of one or more of these legs allows for up to three additional rotations to the end effector. An optimization process was implemented to determine the geometrical parameters of a five degrees of freedom robot, leading to the realization of a pre-industrial prototype. After a continuous operation of one million cycles under conditions typical of MG-Tech’s applications, a comparative study was conducted between the prototype and MG-Tech’s current robot. The results show equivalent kinematic performances for both robots: the main sources of backlash come from mechanisms embedded in the platform.