Amélioration de la précision des cellules robotisées pour l’assemblage de grands ensembles en aéronautique

Accuracy enhancement for robotic assembly of large-scale parts in the aerospace industry

• Auteur / Autrice : Sebastian Rendon fernandez
• Direction : Olivier Gibaru, Adel Olabi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique et automatique (AM)
• Date : Soutenance le 26/06/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LISPEN
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Caro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Gibaru, Adel Olabi, Hélène Chanal, Jean-Pierre Gazeau, Lotfi Belkoura
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Chanal, Jean-Pierre Gazeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aspect environnemental

Industrie aéronautique

Mots clés libres

Robotique Industrielle

Assemblage Aeronautique

Précision

Multi-Contact

Positionnement

Temps réel

Force

Control

KUKA

Industrial Robot

Aerospace Assembly

Accuracy

Multi-Contact

Positioning

Force

Large-scale parts

KUKA

Real-time

Résumé

Ce travail de thèse concerne le développement de différentes méthodes et stratégies visant à améliorer la précision de l’assemblage robotisé de grands ensembles dans l’industrie aéronautique, notamment celle de l’assemblage de la trappe du train principale d’atterrissage d’un Airbus A350 XWB. Ces travaux abordent trois problématiques principales : l’amélioration du positionnement absolu d’un robot industriel, l’identification précise de la position des objets de grandes dimensions dans l’espace, et la mise en contact robotisée de ce type de pièces. Concernant l’amélioration du positionnement absolu du robot, nous avons mis en évidence la capacité de correction des méthodes basées sur capteurs. Celle-ci à travers d’un contrôle 6D de la pose d’un robot KUKA en temps réel, ainsi que son implémentation dans un contrôle hybride position/effort. Une nouvelle stratégie de calibration d’un système de mesure 3D monté sur un bras robotisé, a permis de contribuer significativement à l’amélioration de l’identification précise d’objets de grandes dimensions. Ainsi, le robot nécessite d’adopter une seule configuration articulaire pendant la procédure de calibration, tout en garantissant une précision de mesure constante dans la totalité de son volume de travail. Finalement, nous présentons une nouvelle stratégie de contrôle en admittance, pour garantir la mise en contact de multiples surfaces de pièces de grandes dimensions. Un démonstrateur à l’échelle industrielle a été développé en collaboration avec KUKA Systems Aerospace France et DAHER. Il intègre toutes les stratégies proposées dans ces travaux, et montre leur applicabilité en milieu industriel.

This thesis concerns the development of different methods and strategies to improve the accuracy of robotic assembly in the aerospace industry, in particular the assembly of a Main Landing Gear Door of the Airbus A350 XWB. The research addresses three main issues: the improvement of the industrial robot's absolute accuracy, the precise identification of the position of large-scale objects, and the robotic surface-surface contact between two large-scale parts. Concerning the industrial robot's absolute accuracy, we proved the efficiency of the sensor-based correction methods through the development of a 6DoF real-time control of a KUKA robot's pose. This controller was also implemented in a hybrid position/effort control. A new calibration strategy for a 3D measurement system mounted on a robotic arm has contributed significantly to improving the accurate identification of the position of large objects. Thus, it was determined that the robot needs to adopt a single joint configuration during the calibration procedure while guaranteeing the system's constant measurement accuracy throughout its entire working volume. Finally, a new admittance control strategy is presented to guarantee the contact of multiple surfaces on large-scale parts. This controller can be adapted to any position-controller robot and avoids any overshoot of its force/torque setpoint. A full-scale prototype of the assembly cell has been developed in collaboration with KUKA Systems Aerospace France and DAHER. It integrates all the strategies proposed in this work and demonstrates that it can be applied in the industrial environment.