robotique - unistra.fr

TIC$Santé$2A$

Robotique

Bernard$Bayle$−$Télécom$Physique$Strasbourg$

Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 1$

CHRONOLOGIE*

Robo?que$


Bernard Bayle$

Préliminaires*

!  5270$–$Ktesibios$invente$une$horloge$à$eau$avec$chiffres$mobiles$

!  1818$–$Mary$Shelley$dans$Frankenstein$crée$une$des$premières$stars$humanoïdes$$

!  1921$–$Karel$Capek$invente$le$mot$robot$$$$pour$Rossum's/Universal/Robots/

!  1942$–$Isaac$Asimov,$dans$Runaround,$ $$énonce$les$3$lois$de$la$robo5que$:$

1.  Un/robot/ne/peut/porter/a:einte/à/un/être/humain,/ni,/restant/passif,/perme:re/qu'un/être/humain/soit/exposé/au/danger./

2.  Un/robot/doit/obéir/aux/ordres/que/lui/donne/un/être/humain,/sauf/si/de/tels/ordres/entrent/en/conflit/avec/la/Première/loi./

3.  Un/robot/doit/protéger/son/existence/tant/que/ce:e/protec5on/n'entre/pas/en/conflit/avec/la/Première/ou/la/Deuxième/loi./

Repères$chronologiques$


Bernard Bayle$

An>quité*

!  1954$ –$ Raymond$ Goertz,$ présente$ le$premier$ système$ maîtreQesclave$ à$motorisa?on$électrique$

!  1956$ –$ George$ Devol$ et$ Joseph$ EngelQberger$fondent$la$première$compagnie$de$robo?que$

!  1961$ –$ $ UNIMATE$ :$ premier$ robot$industriel$ mis$ en$ place$ sur$ une$ ligne$ de$fabrica?on$General$Motors$

!  1969$ –$ Le$ Stanford$ Arm$ est$ le$ premier$bras$robo?que$à$ac?onnement$électrique,$contrôlé$par$un$ordinateur$

!  1970$–$Shakey,$développée$au$SRI,$ $est$la$première$plateQforme$mobile$robo?sée$



Bernard Bayle$

Les*temps*modernes*

!  1974$–$ Le$manipulateur$Silver$Arm$réalise$des$ tâches$ d’assemblage$ en$ u?lisant$ le$retour$d’effort$

!  1979$–$«$Real$Time$Control$of$a$Robot$with$a$Mobile$Camera$»,$note$technique$du$SRI$

!  1981* –$ Premier$ déploiement$ du$ bras$Canadarm$ hors$ de$ la$ soute$ de$ la$ nave`e$Columbia$

!  1990$ –$ Produc?on$ annuelle$ de$ robots$es?mée$à$20000$machines$(note$:$en$2011,$166000$ventes,$selon$IFR)$

!  1994$–$Aesop$est$le$premier$robot$médical$approuvé$par$la$FDA$aux$EtatsQUnis$



Bernard Bayle$

Aujourd’hui,*une*grande*diversité…*



Big$Dog,$Boston$Dynamics,$2005$


Denso$VS$Series,$2012$


AU*FINAL**

QU’EST5CE*QU’UN*ROBOT*?*

Défini>on*par>elle*

$$Un/ robot/ est/ un/ système/ mécanique/ polyKar5culé,/ mû/par/ des/ ac5onneurs/ et/ commandé/ par/ un/ calculateur,/qui/est/des5né/à/effectuer/une/grande/variété/de/tâches./


PANORAMA*

Robo?que$


Bernard$Bayle$$

Carte$de$la$robo?que$mondiale$

h`p://www.therobotreport.com$


Bernard Bayle

!  Grandes$ entreprises$ de$ la$robo?que$ industrielle$ :$ Kuka,$Fanuc,$ Yaskawa,$ ABB,$ Denso,$Staubli,$Adept,$Kawasaki,$etc.$

!  Principales$ entreprises$ de$ la$robo?que$non$manufacturière$

!  Ins?tu?ons$

!  Infos,$actualités,$etc.$

Carte$de$la$robo?que$mondiale$


h`p://www.therobotreport.com$

Bernard$Bayle$$

EUropean$Robo?c$Network$

h`p://www.euron.org/intro/index$


Bernard$Bayle$$

Groupe$de$recherche$en$robo?que$du$CNRS$

h`p://www.gdrQrobo?que.org/$


Bernard$Bayle$$

Groupe$de$recherche$en$robo?que$du$CNRS$

Club$des$partenaires$industriels$h`p://www.gdrQrobo?que.org/$


GDR5Robo>que*

feuille$de$route$12/2010$

APPLICATIONS*MANUFACTURIERES*

Robo?que$


Bernard$Bayle$$

Paleosa?on$et$condi?onnement$

Cermex*

Robot$de$paleosa?on$Q$PALQVITE$410$


Bernard$Bayle$$

Pick$and$place$

Adept*

Robot$qua`ro$s650h$


Bernard$Bayle$$

Soudure,*peinture,*usinage*

$

$

$

Process,$fabrica?on$et$assemblage$


Bernard$Bayle$$

Perspec>ves*:*

! Automa?sa?on$des$tâches$répé??ves$et$dangereuses$dans$les$usines$$

! Sécurité$des$systèmes$robo?ques$associant$des$hommes$(cobo?que)$

! Flexibilité$et$customisa?on$en$fabrica?on,$rapidité$des$tâches$

Acteurs*français*(350$M€)$:$$! Adept$France,$Alema$Automa?on,$BA$Systèmes,$BALYO,$Ber?n,$Cyberia,$

Cimlec$Industrie$(Gorgé),$Fanuc$France,$KUKA$France,$Newtec,$PCI,$Savoye$Logis?cs,$SEA$Produc?que,$Snox,$Staübli,$Tecnalia$$

$

$

$

[source$club$des$partenaires$GDRQRobo?que,$feuille$de$route$12/2010]$

$

Robo?que$manufacturière$:$marché$


Bernard Bayle

Miniaturisa>on* et* compliance$ :$ar?cula?ons$ et$ liaisons$ flexibles,$ac?onneurs$miniatures,$rotules$ac?ves$

Ac>onneurs* :* innovants$ (piezzo,$fluides,$ alliage$ à$ mémoire$ de$ forme),$diminu?on$du$rapport$poids/puissance,$diminu?on$ de$ la$ consomma?on,$ du$bruit…$

Capteurs* :* capteurs$ d’effort,$ de$contact,$intégra?on,$MEMS$

Perspec?ves$:$encore$quelques$défis…$

DLR/Kuka*

Lightweight$robot$


Bernard Bayle


DLR/Kuka*

Lightweight$robot$


Bernard Bayle


Prêts$?$$$$$$$$$$$$$$$$$$


APPLICATIONS**

NON*MANUFACTURIERES*

Robo?que$


Bernard$Bayle$$

Grande$robo?que,$nucléaire$

iRobot*

Packbot,$Fukushima$CEA*

Robot$de$téléopéra?on$


Bernard$Bayle$$

Robo?que$militaire$:$sol,$air,$mer$

US*Army*

Robot$militaire$en$Iraq$iRobot,*Science5fic>on*?$


Bernard$Bayle$$

Robo?que$de$transport$

Stanford*Touareg*

Vainqueur$du$$Darpa$Grand$Challenge$

Google*car*

Immatriculée$$dans$le$Nevada$en$2012$


Bernard$Bayle$$

Robo?que$agricole$

Robo>c*Harves>ng,*LLC.*

Robot$pour$la$récolte$de$fraises$$


Bernard$Bayle$$

Robo?que$personnelle,$d’éduca?on,$de$loisirs$

Woowee*Tribot*

300$$

Aldebaran*Nao*

16000$$

MIT*Tofu*

Interac?on$sociale$


Bernard$Bayle$$

Robo?que$d’assistance$(personne,$pra?cien)$

DLR*

Miro$Surge$

Intui>ve*Surgical*

Da$Vinci$robot$Oeo*Bock*$

Prothèse$Myoblock$


Bernard$Bayle$$

Acteurs*français*(total$CA$>$1100M€)$:$$*

Robo>que* industrielle* non* manufacturière* :$ ALCI,$ Ber?n$ technologies,$Cyberne?x,$ECA,$Renault$advanced$engineering,$Roboso|,$R&D$Tech,$Tecnalia$

Nucléaire*:$Ber?n$Technologies,$Bouygues,$CEA,$EDF,$Tecnalia$

Transport*:*Apojee,$Dassault$Avia?on,$Induct,$Valeo,$Roboso|$

Agricole*:*Claas$France,$Laotude,$Lelly,$Renault$Agriculture$

Militaire*sol:*Thalès,$Sagem,$Nexter$Systems,$Roboso|,$R&D$Tech$;*air*:$Cassidian,$Ber?n$technologies,$DCNC,$EADS,$Cyberia,$Dassault$Avia?on,$Flying$robot,$MBDA,$Parrot,$ SAGEM$ DS,$ SYSNAV,$ THALES$ ;* mer* :$ ECA,$ Thales$ Underwater$ Systems$(TUS),$DCNS$$

Technologies* :$Acapela,$Autocruise,$CRIIF,$ Effidence,$ Festo,$Hap?on,$ Intempora,$Kineo,$ Na?onal$ Instruments,$ Prolexia,$ Py$ Automa?on,$ Robopec,$ Spirops,$Symétrie,$Viametris,$Voxler,$Vocally,$As$An$Angel,$Wifibot,$Roboso|$

$


$

Robo?que$non$manufacturière$:$marché$


Bernard$Bayle$$

Acteurs*français*(total$CA$>$1100M€)$:$$*

Robo>que*personnelle**:$Aldebaran,$Mindscape,$Roboso|,$Robopolis,$Wany,$Withings$

Educa>on*:$Aldebaran,$FESTO,$Meccano,$Planète$Sciences$,$POB$Technology,$Robopolis,$Roboso|,$Wany,$Wifibot$

Loisirs*:$Aldebaran,$Dialonics,$KUKA,$Meccano,$Mindscape,$Parrot,$Planète$Sciences,$POB$Technology,$Robopolis,$Roboso|,$SYROBO,$Wany$

Assistance*à*la*personne*(100M€,*niveau*stratégique*très*fort)$:$Aldebaran,$Fatronik,$Hap?on,$ISISRobo?cs,$Magellium,$Roboso|$$

Assistance*au*médecin*(150M€,*niveau*stratégique*très*fort)$:*Adept,$Aesculap,$AS2I,$Axilum$Robo?cs,$BA$Systèmes,$Collin,$Endocontrol,$GE$medical$systems$scs,$ISIS,$KOELIS,$Medtech,$Praxim,$Roboso|,$Staubli,$SurgiQual,$Variant$$


$

Robo?que$non$manufacturière$:$marché$


ENTRONS*UN*PEU**

DANS*LE*VIF*DU*SUJET…*

Eléments$de$technologie$des$robots$manipulateurs$


Bernard$Bayle$$

Cons?tu?on$d’un$robot$manipulateur$

Kuka$KR$240$

Ac?onneur$$ou$moteur$

Ar?cula?on$ou$axe$Corps$ou$segment$

Organe$terminal$$ou$effecteur$

Base$


Bernard$Bayle$$

Deux$types$de$liaisons$principalement$:$! glissières$(prisma5c,$PQjoint)$

! pivots$(revolute,$RQjoint)$

Ar?cula?ons$


Liaison$glissière$

Guidages$linéaires$$à$recircula?on$de$billes$

[Wikimedia$Commons]$ Schéma?sa?on$


Liaison$pivot$

Axe$liaison$?ge$vérin$$de$levage$de$manège$

[Wikimedia$Commons]$ Schéma?sa?on$


Liaison$sphérique$

Poignet$robot$ABB$IRB$2400$

Schéma?sa?on$US$Patents$Class$901$Robots$


Fabrica?on$


ENTRONS*UN*PEU**


Architecture$des$robots$


Bernard Bayle

Défini>on*:$$Robot/ série/ :/ mécanisme/ en/ chaîne/cinéma5que/ ouverte/ cons5tué/ d’une/alternance/de/corps/et/de/liaisons.//

$

Caractéris>ques*principales*:*

! polyvalence$! espace$de$travail$important$

! modélisa?on$et$analyse$assez$simples$

! rigidité$moyenne$

! charges$généralement$limitées$

Architecture$série$

Robot*palekseur*SCARA**

Mitsubishi$RH$

Robot*anthropomorphe*6R*

$Staubli$TX$200$


Bernard Bayle

Défini>on*:$$Robot/ parallèle/ :/ mécanisme/ en/ chaîne/cinéma5que/fermée/dont/l'organe/terminal/est/ relié/ à/ la/ base/ par/ plusieurs/ chaînes/cinéma5ques/indépendantes.//$

Caractéris>ques*principales*:*

!  $meilleure$précision$

! charges$importantes$

! performances$dynamiques$élevées$

! espace$de$travail$limité$

! modélisa?on$et$analyse$complexes$

Architecture$parallèle$

Mécanisme*Delta*

Applica?ons$Force$dimension$et$CSEM$


ENTRONS*UN*PEU**


Caractéris?ques$des$robots$manipulateurs$


Espace$de$travail$

Kuka$KR$240$


Performances$

Kuka$KR$240$Charges Charge admissible : 240 kg Charge supplémentaire : 50 kg Enveloppe d'évolution Portée max. : 2496 mm Autres caractéristiques et versions Nombre des axes : 6 Répétabilité : ±0,06 mm Poids : 1102 kg Positions de montage : Sol Commande : KR C4 Classe de protection : IP 65


Performances$

Fanuc$LR$MATE$200iC$Axes$contrôlés$:$6$Contrôleur$:$RQ30iA$Mate$Charge$embarquée$max$au$poignet$[kg]$:$5$Répétabilité$[mm]$:$0,02$Poids$[kg]$:$27$Rayon$d'ac?on$[mm]$:$704$

$Amplitude$[°]$ $Vitesse$max$[°/s]$Axe$1 $340/360$ $350$Axe$2 $200 $ $350$Axe$3 $388 $ $400$Axe$4 $380 $ $450$Axe$5 $240 $ $450$Axe$6 $720 $ $720$Classe$de$protec?on$:$IP$67$$


ENTRONS*DÉFINITIVEMENT**


Modélisa?on$et$commande$des$robots$manipulateurs$


Bernard$Bayle$$

Plan*du*cours*:*

! ou?ls$mathéma?ques$

! paramétrage$et$modélisa?on$géométrique$et$cinéma?que$des$robots$série$

! éléments$de$commande$des$robots$

! simula?on$de$systèmes$robo?ques$(TPs$avec$ROS)$

Compétences*acquises*:**

! analyse$des$propriétés$d’un$robot$manipulateur$

! capacité$de$synthèse$des$modèles$d’un$robot$série,$simula?on$d’un$tel$modèle$

Objec?fs$du$cours$


Bernard$Bayle$$

Plan*du*cours*:*

! ou?ls$mathéma?ques$

! paramétrage$et$modélisa?on$géométrique$et$cinéma?que$des$robots$série$

! éléments$de$commande$des$robots$

! simula?on$de$systèmes$robo?ques$(TPs$avec$ROS)$

Travail*et*évalua>on*:**

! 1$travail$personnel$en$autonomie$(non$noté)$

! 1$projet$sur$2$séances$de$TPs$(noté,$coef$1/3$du$total)$! 1$exam$final$(noté$évidemment,$coef$2/3$du$total)$

Objec?fs$du$cours$


Bernard$Bayle$$

Ouvrages*de*référence*:*$

! B.$Siciliano,$O.$Kha?b.$Handbook$of$Robo?cs,$Springer,$2008$(sur$CD$à$la$bibliothèque).$$

! R.$Murray,$ Z.$ Li,$ S.$ Sastry.$ A$mathema?cal$ introduc?on$ to$ robo?c$manipula?on,$CRC$Press.$$

! J.$ Craig.$ Introduc?on$ to$ robo?cs$ Q$mechanics$ and$ control,$ Pearson$Educa?on$(3ème$édi?on),$2008.$$

! W.$ Khalil$ et$ E.$ Dombre.$ �Modélisa?on,$ iden?fica?on$ et$ commande$des$robots�,$Hermes,$1999.$$

! J.QP.$Merlet.$Les$Robots$parallèles.$Hermes,$1997.$

! C.$Canudas$de$Wit,$B.$Siciliano$et$G.$Bas?n.$Theory$of$robot$control,$Springer,$1996.$$

Bibliographie$


Bernard$Bayle$$

En*ligne*(entre*autres…)*:*$

! R.$Murray,$Z.$Li,$S.$Sastry.$A$mathema?cal$introduc?on$to$robo?c$manipula?on,$CRC$Press$$h`p://www.cds.caltech.edu/~murray/mlswiki/index.php/First_edi?on$

! W.$Khalil$et$E.$Dombre.$�Robots$manipulateurs$de$type$série$h`p://www.gdrQrobo?que.org/cours.php$

! Robo?cs$CourseWare.$OpenCourseWare$$h`p://robo?cscourseware.org/$

Bibliographie$$


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