Programmation et commande d’un robot à deux bras pour la manipulation et l’assemblage de pièces flexibles par des tâches collaboratives

Programming and Control of a Two-Arm Robot for the Handling and Assembly of Flexible Parts and in a Context of Collaborative Tasks

• Auteur / Autrice : Meryem Taghbalout
• Direction : Gabriel Abba
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
• Date : Soutenance le 03/09/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCFC - Laboratoire de Conception, Fabrication et Commande. Metz
• Jury : Président / Présidente : Christine Chevallereau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gabriel Abba, Yannick Aoustin, Philippe Fraisse, Mourad Benoussaad, Jean-François Antoine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Aoustin, Philippe Fraisse
• DOI : 10.70675/522f846cz3877z444az86caz622beb8aec22

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots industriels

Construction

Manipulateurs (mécanismes)

Guidages flexibles

Théorie de la commande

Identification des systèmes

Mots clés libres

Pièces flexibles

Loi de commande

Identification dynamique

Flexible parts

Control law

Dynamic identification

Résumé

Cette thèse a pour objectif principal de développer une loi de commande pour contrôler un robot à deux bras afin de remplir les tâches de manipulation et de garantir les aspects de sécurité pour l'homme et le robot. Pour y parvenir, nous avons présenté un aperçu des études qui ont été menées dans ce cadre. Ensuite, nous avons procédé à la modélisation cinématique géométrique et dynamique du robot. Nous avons utilisé le logiciel SYMORO+ pour calculer son modèle dynamique. Au terme d'une présentation détaillée de la méthode d'identification des paramètres des robots manipulateurs, nous avons appliqué celle-ci de manière concrète sur notre propre robot. Ceci nous a permis d'obtenir un vecteur de paramètres capable de garantir une matrice d'inertie définie positive pour toute configuration d'articulation du robot, tout en assurant une bonne qualité de reconstruction du couple pour des vitesses articulaires à la fois constantes et variables. Grâce à cette identification dynamique, nous avons pu réaliser un simulateur précis du robot sur Matlab/Simulink. Les forces externes du robot ont été estimées à partir du module dynamique identifié et une validation expérimentale a été décrite. Pour faire appliquer des lois de commande sur un robot industriel, il a été nécessaire de réfléchir à une communication externe sur le robot. L'approche adoptée a été présentée ainsi que sa réalisation sur le robot. Cette dernière, nous a permis de programmer en python toutes nos problématiques à mettre en œuvre sur le robot. Après avoir validé toutes les étapes préalablement citées nous sommes partis vers l'implémentation de la commande sur le robot. La tâche principale que nous avons adoptée est le dénudage des câbles. A cet effet, nous avons choisi de réaliser une commande hybride force/position dans laquelle les forces externes sont contrôlées afin de garantir l'absence de dommages sur les câbles à dénuder. Le robot qui a servi à réaliser toutes les expériences est le robot IRB14000 YuMi de Abb. Toutes les expériences réalisées dans le cadre de ce projet ont été décrites et présentées. Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet Robotix Academy financé par le fonds européen de développement régional INTERREG V-A Grande Région.

The main objective of this thesis is to develop a control law to control a two arm robot in order to achieve the manipulation tasks and to ensure the safety aspects for the human and the robot. To accomplish this, we presented an overview of the studies that have been conducted in this context. Thereafter, we proceeded to the kinematic and dynamic robot modeling. In order to calculate its dynamic model, we used the SYMORO+ software. After giving a detailed presentation of the method for identifying the parameters of manipulator robots, we applied it in a concrete way on our own robot. This allowed us to obtain a vector of parameters able to ensure a positive defined inertia matrix for any robot joint configuration, as well as a good quality of torque reconstruction for both constant and variable joint speeds. Thanks to this dynamic identification, we were able to realize an accurate simulator of the robot on Matlab/Simulink. The external forces of the robot have been estimated from the identified dynamic modulus and an experimental validation has been described. To apply control laws on an industrial robot, it was necessary to think about an external communication on the robot. The adopted approach was presented as well as its realization on the robot. The latter allowed us to program in python all our problems to be implemented on the robot. After having validated all the steps previously mentioned we moved on to the implementation of the control on the robot. The main task we adopted is the stripping of the cables. For this purpose, we chose to implement a hybrid force/position control in which the external forces are controlled in order to guarantee the absence of damage on the cables to be stripped. The robot used to perform all the experiments is the IRB14000 YuMi robot from Abb. All the experiments performed in this project have been described and presented. This thesis work was carried out within the framework of the Robotix Academy project financed by the European regional development fund INTERREG V-A Grande Région.