contrôle-commande de robots

50
Filière Informatique 9 ème Semestre Option Robotique UE I9ROBOT-A / Module AU321 Contrôle-Commande de Robots Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Patrick LANUSSE [email protected] 2016/2017

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Page 1: Contrôle-Commande de Robots

Filière Informatique

9ème Semestre – Option Robotique

UE I9ROBOT-A / Module AU321

Contrôle-Commande de Robots

Ministère de l'Enseignement

Supérieur et de la Recherche

Patrick LANUSSE [email protected] 2016/2017

Page 2: Contrôle-Commande de Robots

2

Patrick Lanusse

Atl

as

(2013)

Bo

sto

n D

yn

am

ics

Un robot, comment ça marche ?

Page 3: Contrôle-Commande de Robots

33

Objectifs d'une loi de commande

Loi de commande : génération d’un

signal de commande pour :

• Stabiliser l'état d’un système s'il est

naturellement instable

• Asservir l'évolution de la (ou des)

sortie(s) du système aux variations

d’un signal (ou de signaux) de

référence

• Générer des performances

conformes à un cahier des charges

• Atténuer l'influence du milieu

ambiant (perturbations)

• Assurer des performances

indépendantes de l'état réel du

système (variations, incertitude)

f(t) [q(t),y(t)][qref(t),yref(t)] Loi de

commande

Page 4: Contrôle-Commande de Robots

4

Du système à commander

au système de commande en 3 étapes

1 Modélisation (modèles de connaissance – géométrie, principes physiques, etc.)

ou Identification (modèle de comportement – mesures, données)

du système à commander modèles

2 Synthèse (ou design) d'une loi de commande en fonction

des modèles et du cahier des charges loi de commande mathématique

3 Implantation physique de la loi de commande sous forme mécanique,

hydraulique, pneumatique, électronique analogique ou/et numérique,

algorithmique dans un calculateur

Page 5: Contrôle-Commande de Robots

5

Modèles géométriques

• Modèle Géométrique Direct (MGD)

x coordonnées opérationnelles

q coordonnées articulaires

• Modèle Géométrique Inverse (MGI)

qfx

MGDxq

xfq 1

MGIqx

Robot manipulateur PUMA 560

Page 6: Contrôle-Commande de Robots

6

Modèles Cinématiques (ou Différentiels)

• Modèle Cinématique Direct (MCD)

J : matrice Jacobienne du robot

avec

• Modèle Cinématique Direct du 2ème

ordre (MCD2)

dt

dqJ

dt

dx MCD

xq

2

2

2

2

dt

qdJ

dt

dq

dt

dJ

dt

xd

G : force(/couple) produite aux actionneurs

fe : force exercée sur l’environnement

MCD2x

tJ

tq

j

iij

q

qfJ

eTT

eT fJΓdxfdqΓ

Page 7: Contrôle-Commande de Robots

7

Modèles Cinématiques (suite)

• Modèle Cinématique Inverse (MCI)

Si J non unique et inversible, J-1 est remplacé

par une pseudo inverse de J

Robots redondants :

plusieurs q possible pour un x donné

dt

dxJ

dt

dq 1

MCIx q

Page 8: Contrôle-Commande de Robots

8

Modèles Dynamiques

• Modèle Dynamique Direct (MDD)

• Modèle Dynamique Inverse (MDI)

e2

2

,,, fΓdt

dqqg

dt

qd

MDD

Γq

ef

ef

dt

qd

dt

dqqhΓ ,,,

2

2

MDIΓ

tq

ef

sfrottement ,centrifuge pesanteur, Coriolis, regroupant ,

inertied' matrice

,

qqH

qA

qqHqqAΓ

Page 9: Contrôle-Commande de Robots

9

Agir sur un système … quand on est confiant :

la commande en chaine directe

En fonction de son comportement (modèles) et de son environnement connu,

appliquer à un système le signal de commande (l'entrée) nécessaire pour que sa

sortie atteigne une valeur désirée.

On parle aussi de

•open-loop control

•commande par précompensation

•commande de type feed-forward (alimenter par l'avant)

yyref u

p

Système

Loi de Commande

On considère ici que le système va réagir comme on l'imagine, c'est-à-dire obéir à

un comportement nominal.

yref : signal de référence

u : signal de commande

p : signal de perturbation

y : signal de sortie

Page 10: Contrôle-Commande de Robots

10

Commande de la marche d’un robot bipède

Modélisation aussi fine que possible et détermination directe des commandes à

appliquer aux actionneurs (ou des consignes à appliquer aux servo-moteurs)

MGIqrefxref

MCIrefx refq

MDI

tqref

ef̂Robot

Γx

ef

Ca peut fonctionner …

mais au prix d’une

mécanique très précise,

lentement et sans garanti.

Page 11: Contrôle-Commande de Robots

11

+ Rejet de l’effet des perturbations

+ Atténuation de l’effet d’une connaissance imparfaite du système

+ Stabilise la sortie d’un système instable

- Nécessité des organes de mesure (capteurs)

(Ré)Agir sur un système :

la commande en boucle fermée (closed-loop)

Vérification de l’effet du signal de commande appliquée au système (comparaison

des valeurs désirée et mesurée de la sortie à asservir) pour éventuellement en

modifier la valeur.

On parle aussi de commande par rétroaction (feedback en anglais) ou de commande

par contre-réaction.

ymesyref u

p

SystèmeLoi de Commande

Remarque : c'est par opposition que la commande en chaîne directe

est souvent appelée commande en boucle ouverte.

yref : signal de référence

u : signal de commande

p : signal de perturbation

ymes : signal de sortie mesurée

Page 12: Contrôle-Commande de Robots

12

Modélisation aussi fine que possible et détermination directe des commandes à

appliquer aux actionneurs (ou des consignes à appliquer aux servo-moteurs)

La contre-réaction

permet de « robustifier »

le fonctionnement en le

rendant moins sensible

aux incertitudes.

Comparaison Closed-loop / Open-loop

xref

MCI MDI

tqref

ef̂Robot

Γx

efLCPO

Dxref

Page 13: Contrôle-Commande de Robots

13

Comparaison FeedBack/FeedForward

FeedBack FeedForward

+ stabilise un système instable

+ rejette des perturbations mal connues

+ rejette l’effet des incertitudes

- nécessite des capteurs

- peut déstabiliser un système stable

- nécessite une commande temps réel

+ nécessite moins de capteurs

+ commande calculable hors-ligne

- le système et les perturbations doivent

être parfaitement connues

- ne peut pas stabiliser un système

instable

yyref u

p

yyref u

p

Page 14: Contrôle-Commande de Robots

14

Commande par FeedBack & FeedForward

y’ref

u

p

+-

+yre

f

filtre

feedforward

consigne

feedforward

perturbations

régulateur

feedback

système

Structure de commande qui possède tous les avantages d’une commande feedback,

plus la possibilité d’anticiper sur la réponse à la commande et sur l’effet des

perturbations (quand elles sont mesurables).

yme

s

Page 15: Contrôle-Commande de Robots

15

Commande bas niveau / Commande haut niveau

Les robots sont souvent équipés d’actionneurs asservis localement (servo-moteurs,

etc.) et recevant leurs ordres (signaux de références) de boucles de régulation de

plus haut niveau.

xref

LCPA

refq

ef̂Robot

Γx

ef

q

LCPO

Observation de l’environnement

Tache à

réaliser

En

vir

on

nem

en

tSuperviseur

La commande du robot est ici hiérarchisée :

• boucle locale de bas niveau (inner loop)

• boucle de niveau intermédiaire (middle loop)

• boucle de haut niveau (outer loop)

Il existe même des boucles bas niveau dans les boucles bas niveau …

Précision

Bande passante

Page 16: Contrôle-Commande de Robots

16

Commande décentralisée/ Commande centralisée

La commande bas niveau est souvent décentralisée et résulte d’une synthèse

monovariable (ou SISO) , les termes de couplage du système étant supposés ne

pas perturber l’asservissement de chacune des variables articulaires.

Pour un robot fortement couplé, une commande centralisée et donc une synthèse

multivariable (ou MIMO) est nécessaire.

Pour un robot modérément couplé, les termes de couplage peuvent être pris en

compte lors de la synthèse du régulateur décentralisé.

G11(s) G12(s)

G21(s) G22(s)

G(s)

K11(s) K12(s)

K21(s) K22(s)

K(s)G1(s)

G2(s)

q1(s)

q2(s)

q1ref(s)

q2ref(s)+

+ _

_

G11(s) G12(s)

G21(s) G22(s)

G(s)

K11(s)

K22(s)

K(s)G1(s)

G2(s)

q1(s)

q2(s)

q1ref(s)

q2ref(s)+

+ _

_

Page 17: Contrôle-Commande de Robots

17

Stabilité des systèmes

E(p)H(p)

S(p)

pD

pNpH

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Un système est stable si son régime libre (e(t) = 0) est amorti.

La condition nécessaire est suffisante de stabilité est que les racines de l'équation

caractéristique D(p) = 0 soient à partie réelle négative.

Ces racines (qui rendent H(p) infini) sont appelées pôles du système.

-1-0.8-0.6-0.4-0.20 0.20.40.60.81

-1-0.8-0.6-0.4-0.20

0.20.40.60.81

p1,2 = -0,1 j

p1,2 = 0,1 j

Page 18: Contrôle-Commande de Robots

18

Stabilité des systèmes bouclés

Les pôles de H(p) sont les solutions de l'équation caractéristique 1+H1(p)H2(p) = 0,

ou de H1(p)H2(p) = -1.

Les pôles de H(p) résultent donc de la comparaison du transfert H1(p)H2(p) à -1.

A travers le terme 1+ H1(p)H2(p), le transfert H1(p)H2(p) apparaît dans toutes les

fonctions de transfert relative à ce système bouclé. Il est appelé transfert en boucle

ouverte.

E1(p)H1(p)

S1(p)

H2(p)

pHpH

pH

pE

pSpH

21

1

1

1

1

+-

E2(p)S2(p)

+

Page 19: Contrôle-Commande de Robots

19

Critère graphique

Critère de Nyquist (application du théorème de Cauchy)

Permet de conclure sur la stabilité du système bouclé

à partir de l’étude de son transfert en boucle ouverte.

Enoncé : Un système est stable en boucle fermée

si sa réponse fréquentielle en boucle ouverte,

parcourue de w à w +, effectue autour

du point -1 dans le sens trigonométrique, un

nombre de tour égal au nombre de pôles à partie

réelle strictement positive que possède la boucle

ouverte.

Signalons que b(-jw) est le symétrique de b(jw)

avec w [0,[ .

Imb(jw)

Reb(jw)-1 0 w +

w - w = 0+

w = 0-

-1 entouré 4 fois boucle fermée

stable si boucle ouverte avec 4

pôles à partie réelle strictement

positive

w

w

b(p)-

Page 20: Contrôle-Commande de Robots

20

Marges de stabilité

La stabilité en boucle fermée se jugeant sur la distance

entre le lieu de Nyquist en boucle ouverte et le point –1, on

est amené à mesurer des marges de stabilité :

•marge de phase

•marge de gain

•marge de retard

•marge de module

Elles correspondent aux plus petites quantités

dont il serait nécessaire de modifier la boucle ouverte

pour déstabiliser le système en boucle fermée.

Imb(jw)

Reb(jw)-1 0

w + w = 0+

w

Grandes marges de stabilité grand degré de stabilité du système bouclé.

b(p)-

Page 21: Contrôle-Commande de Robots

21

Marge de phase

La marge de phase Mf est la valeur minimale du déphasage

caractérisant D (déphaseur pur) qui déstabiliserait le système

bouclé de boucle ouverte b :

Elle se mesure donc à une pulsation wu pour

laquelle le gain de la boucle ouverte est unitaire :

et est ici définie par :Reb(jw)

uΦ jarg180 wbM

1j u wb

Imb(jw)

-10 w +

w = 0+

w

wu

Mf

Φjarg avec 1jj MDD wwbw

b(p)-

D(p)

Page 22: Contrôle-Commande de Robots

22

Marge de gain

Gj avec 1jj MDD wwbw

La marge de gain MG est la valeur minimale du gain

caractérisant D (gain pur) qui déstabiliserait le système

bouclé de boucle ouverte b :

Elle se mesure donc à une pulsation w-180° pour

laquelle pour laquelle la phase de la boucle

ouverte est de –180° :

et est ici définie (en dB) par :

b(p)-

D(p)

180jarg 180-wb

180-G jlog20 wbM

Reb(jw)

Imb(jw)

-1 0

w +

w = 0+

w

MGw-180°

Page 23: Contrôle-Commande de Robots

23

La boucle de commande

Le régulateur K(p) doit permettre d’asservir avec précision et rapidité le signal de

sortie q (en fait sa mesure qmes) sur sa valeur de référence qref, en rejetant l’effet

des perturbations PG et Pq.

qref(p)K(p)

q(p)

M(p)

+-

Pq(p)

qmes(p)

+

+ P(p) +

PG(p

)

Bm(p)qref : signal de référence

e : signal d’erreur

G : signal de commande

PG : perturbation d’entrée

Pq : perturbation de sortie

q : sortie du procédé

G(p)e(p)

Bm : bruit de mesure

qmes : signal de mesure

K(p) : transfert du régulateur

P(p) : modèle du système physique

M(p) : modèle de l'organe de mesure

Page 24: Contrôle-Commande de Robots

24

Allure de la fonction du transfert en boucle fermée qmes/qref

• w << wu KG = b >> 1 T 1

• w >> wu KG = b << 1 T b

Les variations du signal de référence et du bruit de mesure sont transmises en

basse fréquence. La pulsation au gain unité wu de b est donc du même ordre de

grandeur que la bande passante de la boucle fermée.

pGpK

pGpK

pP

pB

pq

pq

pqpT

G 1m

mes

ref

mes

b

-150

-100

-50

0

50

100

K

T

Gwu

qref(p)

K(p)+

-

Pq(p)

qmes(p)

+

+ G(p) +

PG(p)

Bm(p)

G(p)e(p)

Page 25: Contrôle-Commande de Robots

25

Commande en tout-ou-rien (TOR/On-Off)

Intuitivement, la loi de commande la plus simple consiste à appliquer le

maximum de commande quand la sortie mesurée est plus petite que la

consigne et le minimum sinon.

G(p)e(p)Gmax

Gmin

e

G

Avantages :

• temps de réponse minimums et bonne précision

si amortissement suffisant

• simplicité de mise en œuvre

Inconvénients :

• observation fréquente d'oscillations non amorties

• dépense énergétique importante

• variations brusques du signal de commande

Page 26: Contrôle-Commande de Robots

26

Commande T.O.R - Application

0 5 10 15 20 25 30 35

-10

-5

0

5

10

0 5 10 15 20 25 30 350

0.5

1

1.5

2

2.5

Le système commandé (P et M) modélisé par

subit une perturbation sur son entrée.

La commande TOR est définie par Gmax= 10 et Gmin= -10.

101.01

75.02

ppp

pG

Le phénomène d'oscillation observé est appelé "pompage".

qref q G pG

Page 27: Contrôle-Commande de Robots

27

Commande proportionnelle (régulateur P)

Une loi de commande plus évoluée consiste à générer une commande

proportionnelle à la différence entre le signal de référence et la sortie mesurée.

G(p)e(p)

e

G

G = k e

Le procédé précédent est commandé avec un gain k = 2

0 5 10 15 20 25 30 350

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 5 10 15 20 25 30 35-3

-2

-1

0

1

2

3

qref q

On observe ici un suivi de

consigne et un rejet de

perturbation imparfaits.

G pG

Page 28: Contrôle-Commande de Robots

28

Commande proportionnelle - Dilemme stabilité/précision

0 5 10 15 20 25 30 350

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 5 10 15 20 25 30 35-60

-40

-20

0

20

40

60k = 2 k = 10 k = 50

Quand k augmente :

+ l'erreur statique e tend vers 0

+ le gain statique T0 tend vers 1 Précision

+ le temps de montée tm diminue

- le premier dépassement D1 augmente

- l'amortissement z diminue Degré de stabilité

- le temps de réponse t5% augmente

- le niveau de commande augmente

Page 29: Contrôle-Commande de Robots

29

Commande à action intégrale (régulateur PI)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.5

1

1.5

2

2.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

L'augmentation du gain de boucle ouverte en basse fréquence peut être obtenu

avec un filtre du type :

Son gain tend vers l'infini en basse fréquence, et tend vers 1 au delà de wi.

Le filtre est donc transparent au voisinage de la pulsation au gain unité en boucle

ouverte wu si wi < wu.

i

i1

ww

p

p

qref q

La précision parfaite

n'est ici obtenue

qu'après un temps

relativement long.

1.0

1.012I p

ppK

2pK

G pG

Page 30: Contrôle-Commande de Robots

30

Commande à action intégrale - Accélération de la

convergence, diminution du degré de stabilité

Frequency (rad/sec)

arg

KG

(de

g)

mo

du

le K

G (

dB

)

Quand wi augmente :

+ augmentation du gain de boucle ouverte en basse fréquence

- diminution de la marge de phase Mf et donc du degré de stabilité

wi = 0.1rad/s wi = 0.2rad/s wi = 0.5rad/s 2pK

-40

-20

0

20

40

-180°

10-2

10-1

100

101

-200

-150

-100

-50

0

Mf0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Page 31: Contrôle-Commande de Robots

31

Commande à action intégrale "expliquée avec les mains"

Phase 1 : commande proportionnelle

Phase 2 : passage en commande à action intégrale

Phase 3 : déblocage de qmes et stabilisation

Le régulateur force de plus en plus tant que nécessaire

GkT = G(k-1)T + aIekT

Si aI est trop grand, GkT risque être trop grand et

générer des oscillations.

qref(p)K(p)

+-

Pq(p)

qmes(p)

+

+ G(p) +

PG(p)

Bm(p)

G(p)e(p)

qref(t)

G(t)

qmes(t)

1 2 3

t

t

e(t)

Page 32: Contrôle-Commande de Robots

32

Commande à action dérivée (régulateur PD)

L'augmentation de la marge de phase peut être obtenue avec un filtre du type :

Ce filtre génère une avance de phase maximale à .

Le gain inférieur à 1 dégrade légèrement la précision mais rend le filtre

transparent en gain à .

2

1

2

1

1

1

ww

ww

p

p

qref q G pG

Le premier

dépassement a été

diminué mais reste

important.

9141

5.1/5 0D pp

pK

5 0pK

21 ww

0 5 10 150

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 5 10 15-50

0

50

10

0

21ww

21ww

Page 33: Contrôle-Commande de Robots

33

Commande à action dérivée - augmentation de l'avance

de phase, diminution des performances

Quand a augmente :

+ augmentation de la marge de phase Mf

- diminution du gain de boucle ouverte en basse fréquence

- augmentation du gain de boucle ouverte en haute fréquence

apporter que le minimum de phase nécessaire.

Frequency (rad/sec)

arg

KG

(de

g)

mo

du

le K

G (

dB

)

-150

-100

-50

0

50

10-1

100

101

102

103

-300

-200

-100

0

-180°

Mf

a =1 a = 1.5 a = 3 a = 6

0 5 10 150

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Page 34: Contrôle-Commande de Robots

34

Commande à action dérivée "expliquée avec les mains"

Phase 1 : commande proportionnelle

Phase 2 : ajout d'une action dérivée

anticipation de u pour contrer l'inertie de G

Le régulateur tient compte de la dérivée de e

GkT = aPekT + aD(ekT - e(k-1)T)

Si aD est trop grand, ukT risque d'être trop sensible

au bruit de mesure.

1

2

t

t

qref(p)K(p)

+-

Pq(p)

qmes(p)

+

+ G(p) +

PG(p)

Bm(p)

G(p)e(p)

qref(t)

G(t)

qmes(t)

Page 35: Contrôle-Commande de Robots

35

Commande de type PID(F) (Proportionnelle, Intégrale, Dérivée)

Permet de conjuguer les avantages de chacune des actions prises séparément.

A ces 3 actions, une action de filtrage peut être ajoutée pour assurer un gain

décroissant du régulateur en haute fréquence.

f2

1

i

i0

1

1

1

1

1

ww

w

w

w

pp

p

p

pKpK

w ]0 , wi] : effet intégrateur

w [wi , w1] : effet proportionnel

w [w1 , w2] : effet dérivateur

w [w2 , wf] : effet amplicateur

w [wf , [ : effet filtre passe-bas

|K(jw)|dB

logwK0dB

wi

argK(jw)

wfw2w1

K0a2dB

90°

-90°

0°logw

P rapidité

I précision

D amortissement

F filtrage

Page 36: Contrôle-Commande de Robots

36

L'erreur statique est nulle, le bruit de commande de l'ordre de 2 et les

transitoires sont bien amortis.

Une variation unitaire du signal de référence génère une variation de la

commande de l'ordre de 20. Si valeur maxi de commande, variations

supérieures de la sortie désirée à filtreravant d'être appliquées en signal de

référence.

Commande de type PID - Application

0 5 10 15 20 25 300

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20 25 30-10

-5

0

5

10

15

20qref q G pG

Page 37: Contrôle-Commande de Robots

37

Numérisation en utilisant

K(p) → K(z-1) et les équations récurrentes

correspondantes.

Commande de type PID - Implantation

e

11

T

zp

Introduction d’un système de

désaturation (anti-windup)

ppKpK i1'

w

+K’(p)

wi/p

ai

+

+-

G(p)e(p)

Page 38: Contrôle-Commande de Robots

38

Génération de mouvement

Travail dans l’espace articulaire

Travail dans l’espace opérationnel (sans mesure de x)

Robot tΓ

GMAqf

qi

qref(t)

LCPA

Robot tΓ

GMOxf

xi

qref(t)

LCPA

MGD

MGI

xref(t)

q(t)

q(t)

Page 39: Contrôle-Commande de Robots

39

Commande par découplage non linéaire (Computed Torque)

Robot tΓqref(t) q(t)

+-

K(s)w(t)

MDI

wqq w

qqHwqAΓqqHqqAΓ

ou entnaturellemobtient on

,ˆˆ avec , queSachant

qqHqqHqAqA ,,ˆet ˆ

Aussi compliqué soit le robot, le régulateur (feedback K) doit alors asservir un

nouveau système dont le comportement est celui d’un double intégrateur.

… bien évidemment si

Si utilisés dans le MDI, la commande est dite dynamique prédictive. refref et qq

qq ,

Page 40: Contrôle-Commande de Robots

40

Commande par découplage et feedforward

Robot tΓqref(t) q(t)

+-

K(s)w(t)

MDI

tqref

+

Si est spécifié ou calculable, il est utilisable comme entrée supplémentaire

de commande (feedforward). refq

qq ,

Page 41: Contrôle-Commande de Robots

41

Commande dynamique dans l’espace opérationnel

Robot tΓxref(t) q(t)

+-

K(s) MDI

1J

+

L’idée est d’utiliser l’équation du Modèle Cinématique Direct de 2ème

ordre :

txrefFF(s)

MCIqw

tqqJ

MGDx(t)

-

+

qJqJx MCD2x

tJ

tq

qq ,

Page 42: Contrôle-Commande de Robots

42

Positionnement et interaction avec l’environnement

Le point terminal n’est pas libre si en contact avec

l’environnement augmentation des efforts quand

l’erreur de position tente de se réduire :

• risque de rebond

• risque d’instabilité

• risque de détérioration du robot et/ou de

l’environnement

Idées d’une solution :

• mesurer parfaitement la position du robot

• mesurer parfaitement la position de

l’environnement

• disposer d’une parfait précision de positionnement

Excessivement cher à mettre en œuvre.

Page 43: Contrôle-Commande de Robots

43

Commande en force

Un ensemble de solutions consiste à prendre implicitement ou explicitement en

compte l’effort d’interaction entre l’organe terminal du robot et son environnement.

Commande en force pure

Généralement connue pour être l’inverse de la raideur, on définit la compliance (de

l’environnement et/ou du robot) comme la notion associant position et maitrise de

l’effort.

xkF

Page 44: Contrôle-Commande de Robots

44

Compliance passive

Commande en force sans mesure de l’effort qui utilise un dispositif

déformable entre le robot rigide et l’environnement.

Ne permet pas un positionnement précis du point terminal du robot.

Page 45: Contrôle-Commande de Robots

45

Compliance active (sans mesure de l’effort)

Les forces/couples sont définis par , Kx ayant des gains forts pour les

directions à réguler en position, et faibles pour les directions où l’effort est à respecter.

Sachant que et , les couples à appliquer aux actionneurs sont :

Amortissement introduit avec la matrice Kv

xKF Dx

qJx DD FJΓ T

qJKJΓ

K

Dq

xT

Robot tΓqref(t) q(t)

+-

Kq+

Q(t) compensation

force de gravité

tq

Kv

tqref

Dq

Page 46: Contrôle-Commande de Robots

46

Commande en impédance (sans mesure de l’effort)

L’impédance est définie par :

Si

alors

xKxBxAF DDD

Robot tΓ q(t)

+

-Z(s)

xd(t) Variation autour

d’un point initial

x(t)

tFMCD

Dx(t)

sx

sFsZ

D

TFJΓ

KBsAssZ 2

MGD

Page 47: Contrôle-Commande de Robots

47

Commande hybride (avec mesure de l’effort)

Sjj = 1 si régulation de position sur l’axe j

Sjj = 0 si régulation d’éffort sur l’axe j

Robot tΓ

q(t)+

-S

xref(t)

tf

x(t)MGD

LCP

→ G+

+ -1-S LCF

fref(t)

Dx(t)

Df(t)

Page 48: Contrôle-Commande de Robots

48

Commandes hybrides (3 solutions)

Robot tΓ

q(t)+

-xref(t)

tf

x(t)MGD

+ -

fref(t)

Dx(t)

Df(t)

tΓS

+

LCF

Dx(t)

Df(t)

LCPAMCI

1J

MCDTJ

S

+

LCF

Dx(t)

Df(t) 1J

LCPAMCI tΓ

1e

ˆ K

Raideur environnement

K.S

+

LCF

Dx(t)

Df(t)

tΓLCPO

MCDTJ

F(t)

1ère solution

2ème solution

3ème solution

?

Dq(t)

F(t)

F(t)

Dq(t)

1-S

1-S

1-S

Page 49: Contrôle-Commande de Robots

49

Commande hybride externe (boucles imbriquées)

Kd : raideur désirée (Df/Dx) suivant

les différents axes.

La différence d’effort constatée modifie

la consigne de position xref

Robot tΓ

q(t)

xref(t) tf

x(t)MGD

LCPO+fref(t)

SK 11d

Dx

+

Df

-

ref

refd

1dref effet ensoit

xx

ffKfKxx

D

Page 50: Contrôle-Commande de Robots

50

Corobots et robots compliants

• Prennent en compte les efforts exercés

sur/par l’environnement

• Assistent l’humain