INTRODUCTION A LA ROBOTIQUE

Chapitre I : INTRODUCTION A LA ROBOTIQUE A.DAOUDI
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I GENERALITES :
La robotique est une science qui étudie les systèmes électromécaniques actionnés et contrôlés
par le biais d'un ensemble de logiciels leur conférant une intelligence dite artificielle. Ce domaine
scientifique étudie les mécanismes, les capteurs, les actionneurs, les méthodes de commande et le
traitement de l'information nécessaires à la conception et l'utilisation des robots y compris leurs
déplacements.
On peut encore définir la robotique tout simplement comme étant la branche du génie étudiant
les robots.
Définition : Mécanisme programmable servant à accomplir différentes tâches dans un
environnement donné.
Deux notions sont importantes dans cette définition :
- Premièrement la notion de programmation, celle ci est importante pour différencier la
robotisation à l’automatisation rigide (exemple : les systèmes à cames et vérin sur les chaines
de montage).
- Egalement, la notion du robot au service de l’humain, c'est-à-dire que le but du mécanisme est
de remplacer l’opérateur dans les taches pénibles, ou d’aider l’opérateur à faire des tâches avec
une précision ou une cadence élevée.
L'homme a toujours voulu concevoir une machine à son image. Les premiers automates connus
datent des Egyptiens, une figurine égyptienne à bras articulé représentant un boulanger pétrissant sa
pâte. Le véritable essor des automates a eu lieu avec l'avènement de l'horlogerie au XVIIIème siècle.
Les automates n'avaient pour seule ambition que d'imiter les mouvements de la vie dans le seul but de
la curiosité et de l'agrément.
Le français Jacques de Vaucanson (1709-1782) fut associé au développement des automates par
ses réalisations (le joueur de flûte traversière, le joueur de tambourin, le canard), mais également par
l'application des principes aux premières machines-outils (métier à tisser 1745).
Le terme "robot" est bien plus récent. En 1920, Karel Capek a employé le mot "robota" dans l'une
de ses pièces de théâtre pour désigner un androïde capable d'accomplir les tâches qui lui ont été
imposées. Dans le terme "robota" (tchèque) est incluse la notion de corvée. Les gestes effectués par
l'androïde ne sont pas une fin en soit mais un moyen pour réaliser une tâche.
La définition que nous allons retenir est celle de la norme AFNOR E 61-005qui est : un robot
industriel est un manipulateur multi-application à commande automatique, reprogrammable,
qui présente souvent une capacité d’interaction avec le processus extérieur.
La conception ou L’utilisation d’un robot doit faire intervenir plusieurs domaines du génie qui
sont : La mécanique, le contrôle, les mathématique, l’hydraulique-pneumatique, l’électronique, la

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vision, l’électricité, la programmation et enfin l’intelligence artificielle. On peut donc dire que la
robotique est un domaine multidisciplinaire.
Types de tâches et secteur d’applications :
Selon le type de tâches et le secteur d’applications, le robot aura une architecture mécanique et
un système de contrôle-commande différents.
Dans les industries manufacturières, les robots sont utilisés principalement aux tâches
suivantes :
- Manutentions de pièces (chargement de machines outils, transfert de pièces d’un tapis
roulant). Le robot doit pouvoir effectuer des mouvements souvent simples mais rapides, après
avoir saisi un objet connu à un endroit connu pour le déposer à un autre endroit connu. La
précision de positionnement de l’objet n’a pas besoin d’être grande. La manutention des pièces
peut se faire par un robot de type bras manipulateur à poste fixe si la zone de travail est
limitée. Au contraire si le transfert doit se faire d’un bout à l’autre de l’atelier, on aura recours à
un robot mobile constitué d’un chariot à roues évoluant dans un environnement généralement
connu.
- Soudage (point à point ou en continu) : En soudage point à point, la difficulté est souvent un
problème d’accès sans collision aux éléments qu’il faut souder (exemple : carrosserie
d’automobile), le robot fonctionne en boucle ouvert. En soudage continu, il faut assurer une
bonne précision de la trajectoire et au besoin, le robot doit être doté d’un capteur de suivi de
point. Cependant, compte tenu des vitesses de soudage, le robot n’a pas besoin d’être rapide.
- Peinture : le pistolet de peinture étant léger, un robot de peinture sera moins rigide qu’un
robot de soudage ou de manutention, il doit être animé d’une assez grande vitesse.
- Assemblage : les pièces à assembler, sont connues et leurs emplacement également. L’exigence
ici est une très grande précision de positionnement dans les cas d’un robot d’assemblage en
boucle ouverte, ou mieux un robot moins précis mais doté d’un dispositif qui s’accommode ou
qui corrige les défauts éventuels de positionnement (vision ou détection d’efforts).
Les quelques tâches citées peuvent être menées en ambiance normale ou en milieux hostile, ce
dernier cas justifie l’emploi de systèmes télécommandé. A un moindre degré d’autres secteurs sont
intéressés par le développement des robots, citons la robotique médicale, dans laquelle le robot
est destiné à se substituer à une fonction défectueuse chez un handicapé, ou à aider un chirurgien
dans une opération. Citons également la robotique militaire où les besoins se situent plutôt dans le
domaine des robots mobile.

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II STRUCTURE D’UN ROBOT :
II.1 Structure organique d’un robot :
Un robot industriel est constitué d’une structure mécanique animée par des actionneurs (moteurs
électriques, pneumatiques ou hydrauliques, vérins linéaires ou rotatifs, etc.) à partir d’ordres élaborés par
un calculateur, qui peut, par ailleurs, piloter des outils (de soudage, d’encollage, d’usinage, etc.) ou gérer
son environnement (positionneurs, convoyeurs, magasins d’outils ou de pièces, etc.).
II.2 Structure mécanique d’un robot :
Un robot est un ensemble de segments ou corps, reliés par des liaisons ou articulations
permettant le déplacement d’un segment ou corps par rapport à un autre. L’ensemble forme un bras
articulé ressemblant au bras humain.
Chacune de ces liaisons ou articulations est activée par un actionneur qui sera soit électrique,
hydraulique ou pneumatique.
Fig. 1
L’énergie nécessaire aux actionneurs est fournie par une unité de puissance et le tout est contrôlé
par un calculateur ou une console de commande. On a souvent une mini console d’apprentissage servant à
SOURCE
D’ENERGIE
Actionneurs Structure
mécanique
Outil de travail
Calculateur
Environnement
du robot
Capteurs
Structure mécanique
Base &
Articulation 1
Segment 1
Segment 2
Segment 3
Segment 4
Articulation 2
Articulation 4
Articulation 3
Outil
terminal
Référentiel R0
Référentiel R4

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l’apprentissage des tâches. A l’extrémité des robots, on a un outil (pince, torche à souder, pistolet de
peinture…) servant à faire une tâche particulière dont on veut exécuter.
II.3 Architecture d’un robot : la façon dont les liaisons sont réparti du bâti à l’outil de travail définit
trois grandes classes d’architecture de robot. Avant de présenter les différentes architectures des robots, il
est nécessaire de donner quelques définitions.
II.3.1 Degrés de liberté d’un robot : c’est connu que dans l’espace, la situation d’un solide est
entièrement définie par 6 paramètres indépendants, les plus classiques sont les trois coordonnées
cartésiennes d’un point et 3 angles définissant l’orientation du repère lié au solide par rapport à un repère
fixe. Supposons que ce solide soit mû par un bras articulé cela peut être un objet transporté par un robot
manipulateur. Pour maitrise la situation du solide le robot doit être doté d’au moins 6 liaisons à 1 degrés
de liberté motorisées et asservies en position. On dit que le robot doit avoir au moins 6 actionneurs. Le
nombre d’actionneurs représente ce qu’il est d’usage d’appeler le DDL du robot. Les liaisons motorisées
sont celles auxquelles correspondent les variables articulaires de commande.
La notion de degrés de liberté qui parait simple peut se révéler délicate à manipuler, quelques
remarques sont utiles :
- La nature des DDL (rotation ou translation) peut varier pour obtenir le même résultat : un
positionnement et une orientation désirés de l’outil de travail. Ceci provient des propriétés
géométriques d’équivalence entre des produits de rotation et de translation.
- Le nombre de DDL est commandé par la nature des tâches visées de trois manières principales :
a) Pour des raisons techniques, le robot peut difficilement approcher de sa zone de travail. On
pourra donc assister à un empilement de bras.
b) Dans d’autres cas le robot doit travailler en faufilant son bras à travers une fenêtre de petite
dimension et aller dans des recoins qui l’obligent à accepter une déformation semblable à celle
d’un serpent.
c) La pratique montre qu’il n’est pas commode de travailler avec un seul outil de travail, on pourra
donc rencontrer des robots multi bras.
- A l’opposé, de nombreuses tâches peuvent s’exécuter avec moins de 6 DDL, les robots « pick and
place » n’ont jamais plus de 4 DDL.
II.3.2 Espace articulaire (espace de commande) : On peut définir l’espace articulaire ou de
configuration d’un bras manipulateur comme l’espace qui nous permet de décrire sa configuration à un
instant donné. Sa dimension N est égale au nombre de variable articulaires indépendantes et correspond
au nombre de degrés de liberté de la structure mécanique (nombre des articulaire pour une structure à
chaine continue ouverte).
II.3.3 Espace opérationnel (espace des taches) : L’espace opérationnel est celui dans lequel est
représentée la situation de l’organe terminal relativement à un référentiel {R0}. La dimension de cet
espace (m<=6) est égale au nombre minimale des coordonnées opérationnelles qui permettent de définir
la position et l’orientation de l’organe terminal (au maximum 3 dans le plan et 6 dans l’espace) suffisante
pour l’exécution d’une tache.
Les différentes architectures des robots sont :
II.3.4 Robots à architecture série : (Fig.2) Il n’ya qu’un chemin pour aller du bâti à la pince (outil de
travail), les segments du robot ainsi que les liaisons sont mis en série. Toutes les liaisons sont actives, elles
doivent être correctement agencées pour maitriser complètement la position et l’orientation de l’objet
saisi, ce qui est le cas des robots a six degrés de libertés. Aucun retour mécanique d’un segment à un autre
dans la chaîne.

Chapitre I
II.3.5 Robot à architecture
arborescente
segments à un autre dans la chaîne.
II.3.6 Robot à architecture
complexe
qui agissent en parallèle.
Fig.2
III.3.7 Robot à parallèle :
(basés sur la structure de stewart)
mécanique fixe par plusieurs
chaînes
Il est d’usage de distinguer dans un robot manipulateur série
Le porteur :
une constante du robot est la
quarantaine de manière
de combiner 3 segments successif relié par des translations ou des rotations et
aboutissant à faire balayer un certain volume de travail
intérêt au plan de l’application. Parmi ce nombre, on ne rencontre que 5 combinaisons vraiment utilisées
présentées sur la figure 5 :
RRR PRR PRP RRP PPR
Chapitre I
: INTRODUCTION A LA ROBOTIQUE
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arborescente
: (Fig.4
) Il existe un retour mécanique d’un ou plusieurs
complexe
ou fermée : (Fig.3
) Ils existent plusieurs organes terminaux
Fig.3 Fig.4
(basés sur la structure de stewart)
: L’organe
terminal est relié à une base
chaînes
parallèles
R
obot parallèle
Il est d’usage de distinguer dans un robot manipulateur série
,
le porteur et le poignet
une constante du robot est la
présence
du bras ou porteur à 3DDL, il existe une
de combiner 3 segments successif relié par des translations ou des rotations et
aboutissant à faire balayer un certain volume de travail
. Un nombre bien
restreint semble présenter un
intérêt au plan de l’application. Parmi ce nombre, on ne rencontre que 5 combinaisons vraiment utilisées
RRR PRR PRP RRP PPR
A.DAOUDI
) Il existe un retour mécanique d’un ou plusieurs
) Ils existent plusieurs organes terminaux
terminal est relié à une base
obot parallèle
le porteur et le poignet
du bras ou porteur à 3DDL, il existe une
de combiner 3 segments successif relié par des translations ou des rotations et
restreint semble présenter un
intérêt au plan de l’application. Parmi ce nombre, on ne rencontre que 5 combinaisons vraiment utilisées
RRR PRR PRP RRP PPR