Smart monitoring des robots industriels dans le cadre d'une maintenance prédictive 4.0 : Application aux systèmes d'engrenages dans les articulations.

Smart monitoring of industrial robots in the context of predictive maintenance 4.0 : Application to gear systems in joints.

• Auteur / Autrice : Anis Frej
• Direction : Fabrice Bolaers, Xavier Chiementin, Fakher Chaari, Mohamed Haddar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, structures
• Date : Soutenance le 01/12/2022
• Etablissement(s) : Reims en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux
• Jury : Président / Présidente : Zoubeir Bouaziz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Bolaers, Xavier Chiementin, Fakher Chaari, Mohamed Haddar, Franck Renaud, Charfeddine Mrad, Bovic Kilundu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Renaud, Charfeddine Mrad

Mots clés

Mots clés contrôlés

Entretien

Surveillance

Transmission (mécanique)

Engrenages

Mots clés libres

Maintenance 4.0

Diagnostic des robots

Surveillance vibratoire

Modélisation dynamique

Réducteur à engrenages

Articulation flexible

Maintenance 4.0

Robot diagnostic

Vibration monitoring

Dynamic modelling

Gear reducer

Flexible joint

Résumé

Avec la volonté permanente des entrepreneurs de maintenir leur position dans un contexte international fortement concurrentiel, le secteur industriel a connu ces dernières années une véritable généralisation de l’utilisation des robots. Cependant, les arrêts non planifiés des robots sont devenus indésirables car ils entraînent des interruptions dans les lignes de production, entraînant des pertes économiques. Les transmissions mécaniques des robots, en particulier les systèmes d’engrenages, représentent l’une des parties les plus susceptibles de subir des défaillances à cause des fortes contraintes qu’elles supportent durant le fonctionnement. Dans ce cadre, les applications existantes de diagnostic de ces transmissions mécaniques sont principalement basées sur des essais expérimentaux, qui sont chers et requièrent des compétences spécialisées pour la prise de décisions. En outre, ces études ne traitent pas spécifiquement le diagnostic et l’identification des différents types de défauts pouvant survenir dans les systèmes d’engrenages des robots. Dans le but de surmonter ces limitations, cette thèse propose une nouvelle stratégie intelligente de surveillance des engrenages situés au niveau des articulations des robots. Cette stratégie repose sur un modèle numérique développé sur la base d’une nouvelle approche de modélisation des robots qui rend le modèle dynamique capable de simuler la réponse vibratoire des articulations et de détecter les différents défauts de leurs systèmes d’engrenages. Les résultats obtenus ont confirmé l’efficacité de l’approche de modélisation et du modèle proposés et ouvrent des nouvelles perspectives dans le domaine de la maintenance 4.0 des robots industriels.

In recent years, the industrial field has seen a real increase in the use of robots, due to the constant desire of entrepreneurs to maintain their position in a highly competitive international context. However, unplanned robot stoppages have become undesirable because they lead to interruptions in production lines, which causes financial losses. Mechanical transmissions of robots, especially gear systems, represent one of the most susceptible parts to failures due to the high loads they support during the operating process. In this context, the existing applications of diagnostics of these mechanical transmissions are mainly based on experimental tests, which are expensive and require specialist skills to make decisions. Furthermore, these studies have not specifically addressed the diagnosis and identification of the different types of defects that can occur in robot gears systems. In order to address these limitations, this thesis proposes a new intelligent strategy for monitoring gears situated at the joints of robots. This strategy is based on a numerical model developed on the basis of a new robot modelling approach that makes the dynamic model capable of simulation of the vibratory response of the joints and detection of the different defects of their gears systems. The obtained results have confirmed the effectiveness of the modelling approach and the model that were proposed, and open new perspectives in the field of the maintenance 4.0 of industrial robots.