Chap5 : Caractéristiques des Robots Fichier
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Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS Objectifs Identification et quantification des erreurs commises par un robot lors de l'exécution de tâches automatisées. 4 catégories (PRINCIPALES CAUSES D'ERREURS) 1) Erreurs de quantification et de calcul E X A C T I T U D E - Arrondis dans les calculs - Quantification des codeurs incrémentaux ou absolus - Performance des algorithmes utilisés - Troncature des valeurs numériques lors des calculs trigonométriques La diminution de ces erreurs dépend principalement de l'amélioration algorithmique 2) Erreurs d'étalonnage - Etalonnage des codeurs - Erreur d'initialisation des codeurs - Détermination des longueurs des bras - Rapport de réduction des réducteurs introduits dans l'opérateur géométrique La diminution de ces erreurs dépend principalement de l'amélioration ou d'une meilleure connaissance du mécanisme du robot 3) Erreurs cinématiques de type systématique - Flexion des bras due à la charge - Dilatation des pièces mécaniques 1 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS 4 catégories (PRINCIPALES CAUSES D'ERREURS) 1) Erreurs de quantification et de calcul EXACTITUDE 2) Erreurs d'étalonnage 3) Erreurs cinématiques de type systématique 4) Erreurs cinématiques de type aléatoire Chaque articulation possède une zone morte due à : - quantification des codeurs position précise à +/- 1 pas -jeux mécaniques - Erreur statique autorisée pour les asservissements L'évolution possible de chaque articulation à l'intérieur de cette zone sans déclenchement d'un signal d'erreur, est possible, et de nature aléatoire. La diminution de ces erreurs dépend principalement de l'amélioration des lois d'asservissement et de commande Dépend des taches à réaliser : Pick and Place , Contournement, … Trajectoire Positionnement R E P E T A B I L I T E 2 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS Trois modes de programmation 1) Programmation On-Line 1) a) Programmation par apprentissage Programmation par apprentissage (déplacement manuel du robot) L'opérateur compense les erreurs susceptibles d'être réalisées par le robot. Il compense directement les déformations, les erreurs de modélisations,.... Seule la répétabilité caractérise la précision du système 1) b) Programmation analytique Les coordonnées des points sont saisies par l'opérateur qui ne déplace plus le robot. Les erreurs générées par le calculateur géométrique, les déformations… influent sur la précision du point à atteindre. Exactitude + Répétablité caractérise la précision du système. 3 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS 2) Programmation Off-Line Les points programmés sont simulés dans un environnement virtuel. Une succession de transformations permettent le téléchargement dans la baie du robot, des coordonnées qui serviront finalement à l'exploitation sur site réel. Cette méthode programmation est performante, mais génère pour le point programmé un cumul d'erreurs successives qui dégradent considérablement la précision que l'on peut espérer de cette méthode. Exactitude + Répétablité caractérise la précision du système. L'identification des repères où sont caractérisées les trajectoires lors de la simulation et lors de l'exécution des trajectoires est importante. Conclusions : La précision d'exécution de trajectoires d'un robot est étroitement liée au mode de programmation. 4 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES Charge Charge nominale Charge maximale supportée par l'interface mécanique sans dégradation des performances cinématiques et statiques annoncées par le constructeur Charge limite La masse maximale qui peut être transportée par l'interface mécanique, sans dommages pour le robot avec des vitesses et précision réduites. L'espace de travail Espace à l'intérieur duquel il n'y a pas de limitations de mouvements des axes secondaires du robot, autre que ceux imposés par les articulations de ces axes secondaires. La limite extérieure de l'espace de travail est décrite par le mouvement du point d'intersection des axes secondaires (le centre du poignet) Définition de la vitesse Exprime la distance ou l'angle parcouru par unité de temps, dans les conditions normales de fonctionnement : (charge & précision) 5 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES Définition de l'accélération L'accélération d'un robot représente la modification de la vitesse d'un point considéré par unité de temps dans les conditions normales de fonctionnement Temps de déplacement minimal Temps s'écoulant entre deux états stationnaires pour parcourir une distance ou un angle prédéterminé (temps de déplacement et d'orientation, incluant la période stable) (spécifié pour la charge nominale) Résolution La plus petite distance ou le plus petit angle qui peut être effectué pour chaque axe du robot lors d'un déplacement élémentaire 6 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Caractéristiques pour Programmation On-Line LES CARACTERISTIQUES DE POSE Pour programmer une trajectoire de robot, l’opérateur mémorise une succession de poses, en production l’automate du robot génère une trajectoire unique, qui passe par ces poses Chaque pose se définie par une position, et une orientation Les caractéristiques de pose permettent d’évaluer les dispersions entre pose commandée et pose atteinte, ainsi que les fluctuations des poses atteintes Pose commandée : pose apprise lors de la programmation Pose atteinte : pose atteinte par le robot lors de la restitution de la trajectoire 7 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS 1) CARACTÉRISTIQUES DE POSE LOCALE Deux valeurs permettent de caractériser l’écart qu’il y a entre la pose commandée et atteinte : l’Exactitude et la Répétabilité Centre de gravité des points atteints Position commandée 8 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS Exactitude de positionnement Ecart de positionnement entre la pose commandée et la moyenne des poses atteintes Xc,Yc,Zc position commandée n X Xi i 1 Y n Yi i 1 (X , Y , Z) n Z Zi i 1 n est le nombre de répétitions Exactitude L ( X Xc )2 (Y Yc )2 (Z Zc )2 (Xc,Yc,Zc) Répétabilité de pose locale Répétabilité maximale Rmax MAX in1 ( X Xi )2 (Y Yi )2 (Z Zi )2 9 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS Exactitude d'orientation c n i c n i i 1 i 1 c n i i 1 n est le nombre de répétitions Répétabilité maximale en orientation n i 1 R MAX i R MAX in1 i R MAX in1 c , c ,c i 10 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS LA RÉPÉTABILITÉ STATISTIQUE de positionnement Rsta Rsta R 3 d avec 1 n R ( X Xi )2 (Y Yi )2 (Z Zi )2 n i 1 Ecart type des mesures R _ Ri n d i 1 n1 2 _ i n angulaire R 3 i 1 n1 _ i n 2 R 3 i 1 n1 _ i n 2 R 3 i 1 n1 11 2 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS EXACTITUDE MULTI-DIRECTIONNELLE Position/orientation programmée avec trajectoires différentes. Les précisions atteintes sont différentes selon la direction avec laquelle on approche le point. Emult MAX E mult j 1 à 3 i 1 à 3 PComGi PComG j MAX ij11àà33 i j 12 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS TEMPS DE STABILISATION / DEPASSEMENT EN POSITION Durée nécessaire pour qu'une réponse oscillatoire amortie, pour une pose donnée, décroisse à l'intérieur d'une limite fixée. Ecart maximum entre la position commandée et les poses atteintes par le robot dans sa phase d'approche sur la pose commandée. 13 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS EXACTITUDE ET RÉPÉTABILITÉ BIPOSE Lors d'une programmation Hors Ligne il est impossible d'évaluer avec un système de mesure externe la localisation du repère de base du robot. Ainsi dans l'absolu il est impossible d'identifier la localisation des points atteints avec précision. On réalise l'évaluation d'une exactitude et répétabilité en distance sur deux points programmés. La distance effectivement réalisée est comparée à la distance commandée. E bip Dc D 1 n D Dj avec Dj ( Xj 1 Xj 2)2 (Yj 1 Yj 2)2 (Zj 1 Zj 2)2 n i 1 Dc ( Xc1 Xc2)2 (Yc 1 Yc 2)2 (Zc1 Zc2)2 Dc RÉPÉTABILITÉ BIPOSE D _ Dj n Rmul 3 d d 2 j 1 n1 Dj ( Xj 1 Xj 2)2 (Yj 1 Yj 2)2 (Zj 1 Zj 2)2 D 14 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS CARACTÉRISTIQUES DE TRAJECTOIRE ET DE DÉPLACEMENT Par analogie avec les caractéristiques de pose on définit une exactitude de position et d'orientation de trajectoire Exactitude et Répétabilité de trajectoire sont indépendantes de la forme de la trajectoire commandée 15 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS CARACTÉRISTIQUES DE TRAJECTOIRE Exactitude de positionnement Xzi Définition : Valeur maximale de la distance entre la trajectoire commandée et le barycentre des trajectoires réalisées. Ezk Ezj EZi Ez1 Pour chaque cote Zi donnée, on évalue la dispersion de l'abscisse Xzi et l'ordonnée Yzi zi Xzi 1 n Xzi j n j 1 Y zi 1 n Yz i j n j 1 Pour chaque point échantillonné Yzi (m points échantillonnés le long de la trajectoire) ( n passages successifs ) Ezi ( Xzi Xzi ) 2 (Yz i Y zi ) Etraj MAXim1 Ezi 2 Exactitude d'orientation Définition : Ecart maximal des angles d'orientation entre la trajectoire commandée et les trajectoires réalisées. ( pour m points mesurés le long de la n n n trajectoire) zi 1 zi j zi 1 zi j zi 1 zi j n zi MAX in1 zi zi E traj MAX im1 n j 1 zi zi n j 1 MAX n i 1 zi zi E traj MAX im1 zi j 1 zi MAX in1 zi zi Etraj MAX im1 16 zi Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS CARACTÉRISTIQUES DE TRAJECTOIRE Répétabilité de positionnement Xzi Définition : Variation statistique des positions le long d'une même trajectoire parcourue n fois Rstatz i Pour chaque cote Zi le barycentre de la section de passage est : Xzi 1 n Xzi j n j 1 Y zi 1 n Yz i j n j 1 Pour chaque point échantillonné Rzi 1 n Rzi ( Xzi Xzi j ) 2 (Y zi Yz i j ) 2 n j 1 Yzi R n Rstat Zi RZi 3 Zi zi ( n passages successifs ) i 1 zi _ Rzi j n1 Répétabilité d'orientation Rtra MAX im1Rstat Zi Définition : Variation statistique des orientations le long d'une même trajectoire parcourue n fois ( pour m points mesurés le long de la trajectoire) n R MAX im1 3 zi _ j zi j 1 n1 n 2 R MAX im1 3 j 1 _ j zi zi n1 zi _ zi j n 2 R MAX im1 3 2 j 1 n1 17 2 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS RACCORDEMENT DE TRAJECTOIRE Définition : Aptitude du robot à raccorder deux trajectoires successives L'essai porte sur deux trajectoires rectilignes, perpendiculaires. Les mesures sont réalisées sur un échantillonnage de points, le long de la trajectoire Y Si la trajectoire est orientée dans un Xc , Yc ,Zc repère Y, Z Yi>Yc Pour Yi>Yc Dépassement Dpt MAXI m i 1 ( Xi Xc )2 (Yi Yc )2 Erreur d'arrondi Cr mini m i 1 ( Xi Xc )2 (Yi Yc )2 (Zi Zc )2 Z 18 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Identification des erreurs des ROBOTS EXACTITUDE ET RÉPÉTABILITÉ DE VITESSE La trajectoire est réalisée n fois, et m mesures sont réalisées. vj m vi vk Vi Vij j1 Exactitude de vitesse n Exactitude et Répétabilité sont déterminées à partir des vitesses moyennes, et exprimées en pourcentage de la vitesse de commande V i1 V i Ev V Vc 100 Vc Répétabilité en vitesse n Rv 3v 100 Vc v V i _ V i1 2 n 1 19 Chap3 Caractéristiques Mécaniques Fin Chapitre 3 20 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Séparation 21 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Programmation par apprentissage 22 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Programmation par apprentissage Mise sous puissance Basculement Apprentissage/production Syntaxeur : Pupitre de commande Touches programmables (appli métier) Environnement Windows Arrêt d’urgence Contrôle homme mort Clavier alpha-numérique Touches de fonctions Programme 23 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Programmation Off-Line Logiciel de simulation 24 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Programmation Off-Line 25 Chap3 Caractéristiques Mécaniques Programmation Off-Line 26 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Capacité de charge 27 Chap3 Caractéristiques Mécaniques • Capacité de charge 28 Chap3 Caractéristiques Mécaniques Espace de travail 29 Chap3 Caractéristiques Mécaniques Caractéristiques cinématiques 30 Chap3 Caractéristiques Mécaniques Notion de Pose 31 Chap3 Caractéristiques Mécaniques 32 Chap3 Caractéristiques Mécaniques 33
