Soutenance mémoire
Les robots manipulateurs
Composantes d’interface
Composant matériel (Hard)
La composante principale de la partie commande est la carte électronique programmable appelée ‘Arduino’. Il existe plusieurs types, nous présentons dans ce qui suit celle qu’on a utilisée. Arduino uno : Arduino uno (fig3.2) est une carte électronique programmable, doté d’un microcontrôleur ATMega328P et de composants complémentaires qui facilitent la programmation et l’interfaçage avec d’autres circuits. Le logiciel de commande de cette carte est gratuit. La carte de programmation se place entre le pilote du moteur et l’ordinateur. Les moteurs pas à pas ont besoin de pilote (driver) pour que cette dernière gère normalement les actionneurs avec un programme fourni. L’ordinateur régit cette carte avec n’importe quelle plateforme.
La carte CNC Shield V3 : d’un design compact rend le branchement des composants très simples, en utilisant des drivers moteurs pas à pas (A4988) suivant le nombre des moteurs, pour notre cas on a utilisé 2 drivers DRV 8825 sur la carte. Cette carte est amplement utilisée dans la robotique, les systèmes à déplacement linéaire, les machines à commande numérique, et même les robots Pick and Place et autres. La carte Shield à de haute performance et la capacité a accepté plusieurs formes complexes du code-G comme l’ARC, CERCLE, forme hélicoïdale et une alimentation jusqu’à 36 V.Les caractéristiques importantes de cette carte sont : Comptabilité avec le GRBL 0.9. (Pour logiciel a licence libre sur Arduino UNO qui transforme la commande code-G a un signal pour moteur pas à pas). Supporte jusqu’à 4 axes X, Y, Z, et A Double sortie d’arrêt pour chaque axe L’activation de refroidissement
Driver DRV A4988 : Ce driver pour moteur pas à pas est très performant et détachable. IL est compatible avec la technologie « Micro-stepping » ou le micro pas à pas sur des entre au-dessous de son emplacement. Ce driver DRV A4988 est capable de faire jusqu’à 1/32ème Micro-Pas. Avec une alimenter de 12 à 36 V, pour notre projet on a utilisé une alimentation 12 V d’un adaptateur AC/DC Sagemcom. Les moteurs sont connectés avec un câble connecteur molex 4 pin, le sens de couleur des files au branchement doit être pareil à l’entrée du moteur pour le bon fonctionnement.
Moteurs électriques pas à pas Nema 17 : Une machine électrique est un dispositif électromécanique basé sur l’électromagnétisme permettant la conversion d’énergie électrique en énergie mécanique. Le moteur pas à pas est à la base un moteur synchrone polyphasé à plusieurs groupes de pôles. Il est devenu « pas à pas » lorsqu’on s’est avisé qu’il était facile de le faire tourner en commutant en tout ou rien l’alimentation des enroulements. Sa structure de base se présente sous la forme de deux pièces séparées mécaniquement, le Stator et le Rotor par une liaison pivot : – Le stator, partie fixe par rapport au bâti, qui permet l’échange de l’énergie électrique, grâce à des fils conducteurs reliés au circuit électrique. – Le rotor, partie mobile par rapport au bâti, qui permet l’échange de l’énergie mécanique, grâce à un arbre accouplé au système mécanique. Le transfert interne entre énergie électrique et énergie mécanique se fait par l’intermédiaire de l’énergie magnétique, grâce à une interaction entre le champ magnétique inducteur produit par le stator et celui induit dans le rotor. Les moteurs pas à pas de type Nema 17 sont choisis pour notre robot manipulateur. Les performances de ce type de moteur sont données en annexe.
Composant logiciel (Soft)
Il existe plusieurs logiciels utilisés dans l’industrie suivant le produit à réaliser et le matériel utilisé. Pour le graphisme 2D on a choisis le logiciel de dessin INKSCAPE.
Logiciel INKSCAPE : C’est un logiciel de dessin vectoriel libre sur Windows/Mac. Ce logiciel comporte des outils de dessin flexibles de nombreux formats de données. Doté d’un outil texte puissant qui supporte des courbes de Bézier et spirographies.nkscape permet de vectorisé des images matricielles, pour en faire un chemin (élément <path>). Il génère un fichier et l’enregistre sous forme SVG. La figure 3.6 résume l’utilité de ce logiciel, bien que la figure 3.7 qui suit donne l’interface du logiciel
Création du chemin / vectorisation :
Le but de la vectorisation avec cet outil n’est pas de produire une duplication exacte de l’image originale, ni de produire un résultat finalisé. Aucun outil de vectorisation automatique ne peut produire cela. On obtient un ensemble de courbes qu’on peut l’utiliser comme ressources dans notre dessin. Le moteur de vectorisation Potrace interprète une image matricielle en noir et blanc, et produit un ensemble de courbes. Nous avons trois types de filtres d’entrée pour Potrace, afin de convertir les images brutes en quelque chose que Potrace peut exploiter. En général, plus il y a de pixels sombres dans l’image intermédiaire, plus la vectorisation générée par Potrace sera importante. Plus la vectorisation est importante, et plus le temps du processus sera grand et plus le chemin résultant sera important. Pour utiliser l’outil de vectorisation, il faut ouvrer ou importer l’image, sélectionner, et lancer la commande Chemin > Vectoriser un objet matriciel ou appuyez sur Maj+Alt+B.Pour les dessins et les lettre on sélectionne directement la zone de dessin – Option : Chemin – Objet en chemin. La zone de texte est en coordonnée XY. L’image originale sera supprimée la feuille du dessin. La figure suivante illustre un exemple de vectorisation d’image.
Création du Code G : Il s’agit bien d’un langage de programmation, qui nous sert donc à programmer les mouvements que la machine va effectuer, et le fichier contenant la suite d’instructions s’appelle, en toute logique, un programme. Il s’agit de simple fichier texte, humainement lisible, Il se compose d’un certain nombre de “commandes” spécifiques, indiquant à la machine quel type de mouvement elle doit exécuter (droite, arc de cercle, etc.), et d’indications de coordonnées sur les axes X, Y et Z. Il est à noter que G Code n’est pas utilisé exclusivement pour des fraiseuses à commande numérique, mais aussi pour des tours, des imprimantes 3D et des lasers de découpe en différente configuration. A l’aide de l’extension Mi grbl sur le logiciel inkscape, qui va créer le fichier code G contenant les positions et le réglage du servomoteur qui control le mouvement de l’outil sur la machine ou le robot CNC. EXTENSION / Mi grbl Z axis Controller M3 et M5 sur la figure 3.13 sont des commandes pour actionner le servomoteur.
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Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Introduction générale
CHAPITRE I : généralité sur les robots manipulateurs
1.1 Introduction
1.2 Définition
1.2.1 Robot Institute of America
1.2.2 Association Japonaise de Robotique Industrielle
1.2.3 L’association Française de Robotique Industrielle (AFRI)
1.2.4 International Standard Organization (ISO
1.3 Classification des robots
1.4 Les éléments constitutifs d’un robot
1.5 Architecture des robots manipulateur
1.5.1 Vocabulaire
1.5.1.1 La base
1.5.1.2 Le poignet
1.5.1.3 Le porteur
1.6. Caractéristiques d’un robot
1.3 Conclusion
CHAPITRE II : Conception et modélisation géométrique
PARTIE 1 : Analyse fonctionnel et modélisation géométrique
2.1 Introduction
2.2 Analyse fonctionnelle du bras robotique (cahier des charges)
2.2.1 Analyse du besoin
2.2.2 Méthode APTE ‘graphe des interactions’ ou ‘diagramme pieuvre’
2.2.3 Diagramme FAST
2.3 Chaine cinématique
2.4 Modélisation géométrique
2.4.1 Ossature du robot
2.4.2 Eléments de fixation
2.4.3 Moteur pas à pas Nema 17
2.4.4 Eléments de transmission
2.4.4.1 Manchon de transmission
2.4.4.2 Pignon-crémaillère
2.4.5 Eléments de guidage
2.4.5.1 Liaison palier lisse (Manchon + butté à bille)
2.4.5.2 Roulement à bille
PARTIE 2 : Notions de calcul de transformation de mouvement
2.5 Introduction
2.6 Translations du bras
2.6.1 Système pignon-crémaillère
2.6.1.1 Notion fondamentales
2.6.1.2 Calcule d’engrenage
2.7 Système de rotation
2.7.1 L’énergie cinétique
2.7.2 Le moment d’inertie
2.8 Conclusion
CHAPITRE III : Partie commande.
3.1 Introduction
3.2 Schéma de commande du robot manipulateur
3.3 Composant d’interface
3.3.1 Composant matériel (Hard)
3.3.2 Composant logiciel (soft)
3.3.2.1 Logiciel INKSCAPE
3.3.2.2 Création du chemin / vectorisation
3.3.3 Création du Code G
3.3.4 Universel gcode sender (UGS) / grbl Controller
3.3.5 Firmware (micrologiciel) GRBL
3.4 Conclusion
CHAPITRE IV : Partie réalisation
4.1 Introduction
4.2 La base
4.2.1 Profilé aluminium
4.2.2 Support
4.3 Le porteur
4.3.1 L’articulation rotoïde
4.3.2 L’axe de rotation
4.4 Le segment
4.4.1 Profiler aluminium
4.4.2 Support
4.5 Articulation prismatique
4.5.1 Le bras
4.5.1.1 Profiler d’aluminium (rail linéaire)
4.5.1.2 Crémaillère
4.5.2 Pignon
4.5.3 Roulement
4.6 L’actionneurs
4.7 Elément de fixation
4.8 Réalisation finale
4.9 Fonctionnement
4.10 Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographiques
Annexe
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