Dissertations / Theses on the topic 'Robot d'assemblage'

Ce travail introduit une approche de conception des postes robotisés axés sur les contraintes intrinseques et extrinseques des taches. Ce document expose nos reflexions sur la fonctionnalité d'une preadaptation hors ligne, par le truchement de la configuration physique du poste. Nous montrons que des (hyper)ellipsoides d'équiprobabilite de pose ou de compliance résultent des paramètres structuraux et des propriétés articulaires du robot. De ces deux enveloppes ellipsoidales, nous définissons un indice de conformité robot-tache. Il rend compte de la convenance entre le robot et la tache, pour chaque posture articulaire. Cette étude introduit également l'utilisation de l'anisotropie naturelle du robot qui est habituellement considérée comme un handicap. Un modèle de representation précisera les bornes du domaine pour lequel le robot possède des caractéristiques propices à l'exécution de la tache: butée d'adaptation à la tache, à respecter dans le domaine articulaire. Pour une tache isolée, on l'exploite par le modèle géometrique direct de la structure inversée. Mais le contexte est souvent multitaches. Au-dela des contraintes propres aux taches, la disposition relative de celles-ci en impose de nouvelles interlaches cette fois, et dans les grands déplacements. Nous suggerons deux solutions, pour une localisation adaptée du robot dans un environnement multitaches, ou les situations des taches seraient prédéterminées. De nouvelles définitions, conférant une valeur opérationnelle au volume de travail utile de la norme, sont introduites à cet effet
This document introduces an approach to the design of robot workstations based on the intrinsic and extrinsic task constraints. It presents our reflexions concerning the off-line "preadaptation" function through physical configuration of the workstation. We show that (equi-probability) Chyper)ellipsoids having (of) equi-probability of pose or compliance result from the structured parameters and the joint properties of a robot. From these two ellipsoïdale envelopes, we define a robottask conformity index that expresses its adequecy for jointpostures. He also introduce the utilization of the robot's natural (anisotropie), generally considered as a handicap. A representation madel will give the limits of the domaine for which the robot possesses the required charecteristics to execute the task, i. E. The joint limits not to surpasse for task adaptability. For an isolated task, the direct kinematics of the inverted structure is used to exploit this representation madel. However, production often takes place in a multi-tasking context. Here, apart from the constraints specifie to the tasks, new inter-task constraintes in the space of large solid body motions are imposed depending upon the relative situations of the tasks. We propose two solutions to the design of an adapted robot localization in a multi-tasking environment of rigidly predetermined tasks. New definitions are introduced to this end. They provide practical means to apply the standardized concept of a useful workspace

La programmation de mouvements de grande amplitude est une étape obligatoire dans la planification d'une tâche en robotique. Cette thèse comporte la conception et la mise en œuvre d'un module de génération de trajectoires avec évitement d'obstacles, pour un manipulateur d'assemblage constitué d'une seule chaine mécanique en boucle ouverte. Le générateur de trajectoires peut être intégré dans un langage de programmation de robots. Les obstacles présents dans l'espace opérationnel du manipulateur sont transformés en volumes interdits dans son espace articulaire à N-dimensions où une configuration du robot est représentée par un point. L'algorithme récursif qui réalise cette transformation est présenté. Selon le nombre d'articulations du manipulateur et l'état d'encombrement de son environnement, le choix entre une solution simplifiée et une solution générale est proposé, la solution simplifiée permettant une réduction du temps de calcul pour la génération de trajectoires. Dans le cas d'un manipulateur à six articulations travaillant dans un environnement relativement peu encombré, la solution simplifiée consiste à approximer les trois dernières articulations du manipulateur par une sphère. La trajectoire générée pour ce manipulateur simplifié est sans collision pour le manipulateur à six articulations. Lorsque le manipulateur travaille dans un environnement encombré où il est impossible de trouver une trajectoire sans collision pour le manipulateur simplifié ou lorsque le manipulateur a plus de six articulations, la solution générale qui décompose l'espace articulaire du manipulateur en une suite de sous-espaces à trois dimensions est analysée. On obtient ainsi, d'une manière systématique, une trajectoire sans collision pour tout le manipulateur
Gross motions programming is an obligatory step for task planning in Robotics. This thesis comprises the conception and the implementation of a path planning module with obstacle avoidance, applicable to an assembly robot of an open mechanical chain, susceptible to be integrated in a robot programming language. The obstacles present in the work space of the robot are transformed into prohibited volumes in the N-dimensional joint space where the configuration of the robot is represented by a point. A recursive algorithm performing this transformation is presented. According to the number of the robot joints and to the state of encumbrance of the robot's environment, the choice between the simplified solution and the general solution is proposed, the simplified one allowing reduction of the computational burden for path planning. In case of a six-jointed robot working in a relatively clear environment, the simplified solution which approximates the last three joints of the robot by a sphere is analysed. The path generated for the simplified robot is collision-free for the whole six-joint robot. When the robot works in a cumbersome environment where it is impossible to find a collision-free path for the simplified robot or in the case of a redundant robot, the general solution which decomposes the joint space in a set of three-dimensional sub-spaces is analysed. One obtains thus, in a systematic manner, a collision-free path for the whole robot

Parmi les tâches manu facturières, les opérations d ' assemblage apparaissent comme les plus délicates à robotiser. La première partie de ce mémoire présente une réflexion générale sur ce problème et établit l'état de l'art en la matière, sous la forme d'une classification que nous avons souhaitée la plus systématique possible et la plus exhaustive. Cette réflexion nous a conduit à imaginer un dispositif compliant passif original doté de deux centres de rotation , désigné sous l’appellation de système OCR-LAI. La seconde partie de notre mémoire est consacrée à la description de cette structure compliante et de son principe de fonctionnement, ainsi qu’à la présentation de résultats expérimentaux portant sur la mesure des contraintes développées lors d'un test-type d 'insertion. L' analyse de ces résultats a permis de conforter nos hypothèses et à mettre en évidence les particularités de fonctionnement du dispositif. La dernière partie du. Mémoire fournit un modèle mathématique du comportement, géométrique puis dynamique, de la structure compliante, qui permet de suivre par simulation l'évolution des contraintes de contact goupille -alésage en cours d'insertion. Cette modélisation est destinée à servir d'aide à la décision l ors du choix d'un organe compliant de ce type en regard des caractéristiques des pièces à assembler
Amongst manufacturing tasks, assembly operations seem to be the most ticklish to robotize. The first part of this dissertation presents general considerations on that problem and gives the state of the art on the subject, under a classification form, which we wanted as systematic as possible and the most exhaustive. These considerations lead us to conceive a n original passive compliant device, provided with two rotations centres, which we called "DCR-LAI system". The second part of our thesis i s devoted to the description of that compliant structure and its working principles. We also give some experimental results related to measures of constraints appearing during a given example of insertion. The analysis of these results allows us to verify our hypothesis, and shows the working particularities of our device. The last part of our thesis gives a mathematical model of geometrical and dynamical behaviour of our compliant structure, which permits the simulation , of the evolution of contact constraints between pin and bore during insertion. Such a simulation may be used as a decision and for the choice of a compliant device with regards to characteristics of parts to assemble

Le travail présenté procède de l'ambition de doter le robot d'un haut niveau de flexibilité et d'adaptation à la tâche en présence d'imprécisions et d'incertitudes liées à celle-ci et à son état interne. Ceci se traduit par le développement de concepts et d'outils visant à permettre au robot de planifier sa tâche et d'en contrôler l'exécution. Une première partie porte sur l'élaboration d'architectures permettant d'intégrer les composantes décisionnelle et fonctionnelle et de mettre en \oe uvre des processus bouclés sur la tâche et sur l'environnement à différents niveaux d'abstraction. Elle présente notamment une architecture de contrôle générique permettant à la fois l'élaboration d'un plan d'actions (processus généralement coûteux en temps calcul et non borné dans le temps), et la disponibilité permanente dans un environnement évolutif (réactivité). Un deuxième aspect concerne le développement de représentations et d'algorithmiques pour la planification et l'interprétation de plans: planification logique et temporelle (au niveau de la mission) mais aussi planification géométrique (plus proche de la tâche). Les contributions portent sur la planification de mission avec prise en compte de contraintes temporelles et du non-déterminisme, la coopération multi-robot, la planification des tâches de manipulation, ainsi que la planification de stratégies de déplacement pour un robot mobile en présence d'incertitudes. La dernière partie présente la réalisation effective de systèmes robotiques complets démontrant les capacités développées et servant de support de validation et d'aiguillons exigeants à l'extension de ces mêmes capacités.

Les travaux developpes dans ce memoire ont pour objectif de proposer des methodes de commande pour permettre a un robot parallele d'effectuer des taches d'assemblage fines et precises. Une analyse des commandes existantes nous conduit a degager une approche mixte pour realiser une tache d'insertion : une commande referencee vision pour le repositionnement des pieces a assembler suivie d'une commande en effort lors de la phase d'insertion proprement dite, c'est-a-dire lorsque se produit le premier contact entre les pieces. En effet, pour limiter les effets des contacts entre les pieces a assembler et pour eviter un blocage qui pourrait resulter d'une mauvaise orientation de la piece a assembler, une operation de repositionnement du robot parallele est necessaire. Pour resumer l'approche proposee, la strategie de mise en uvre d'une tache d'assemblage de type insertion fait apparaitre trois phases : une phase d'approche lors de laquelle les pieces a assembler sont amenees dans un proche voisinage suivie d'une phase de repositionnement durant laquelle des trajectoires de correction tres precises sont realisees sous le controle d'un systeme de vision de facon a positionner correctement la piece a inserer vis a vis a la piece receptrice. Enfin, lors de la phase d'insertion il se produit des contacts entre les differentes pieces a assembler. Un controle actif des efforts exerces par le systeme est mis en uvre pour mener a bien cette etape.

La contribution du travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le cadre des recherches menées dans le domaine de la programmation de haut niveau des taches opératoires (en l'occurrence les taches d'assemblage). Notre objectif est de parvenir à décrire une tâche complexe en terme d'un programme décrivant les opérations et les relations de précédence entre ces opérations. L'approche de synthèse de programme proposée met en œuvre un mécanisme de génération de plan d'opérations. La démarche consiste, partant d'une description statique d'une tache en terme d'un ensemble d'objets et d'un ensemble, partiellement ordonne, de liaisons entre ces objets, à chercher à dériver, de façon systématique, une description dynamique sous forme d'un programme de niveau opérations. En l'absence d'une approche classique de génération de plan répondant adéquatement à notre problématique, nous nous sommes attaches à proposer une méthode basée sur le modèle d'acteur. Elle consiste à s'appuyer, d'une part, sur des connaissances spécifiques au produit et sur celles relatives au domaine des taches et d'autre part sur la définition de plusieurs types d'acteurs: l'acteur-objet, l'acteur-liaison, l'acteur-opération, l'acteur-relation, l'acteur précédence. Le programme, ainsi synthétise, est destiné à être exploite, ultérieurement, au niveau d'une machine cible en vue de l'élaboration d'un plan d'actions

Un systeme de controle d'un systeme mecanique parfaitement stable dans l'espace libre, peut devenir instable en presence d'un contact avec l'environnement. Pour y remedier, l'interaction systeme-environnement doit etre prise en compte. Cette these a pour objectif le developpement et la mise en uvre d'une commande en effort adaptative basee sur les concepts neuromimetiques. Son champ d'application est la commande des systemes complexes tels que ceux rencontres pour la realisation de taches d'assemblage. Nous presentons et analysons d'abord la problematique du controle en effort et, en particulier, celle de l'assemblage. Une analyse et une synthese des differentes structures de commande en effort montrent que les techniques connexionnistes constituent, dans certains cas, une alternative interessante vis-a-vis des strategies de commande conventionnelles. Pour bien cerner l'approche proposee, nous presentons les caracteristiques et les principes des reseaux de neurones. L'etude experimentale de quelques structures de commande conventionnelles, faite sur un systeme a 1 d. D. L et sur une cellule d'assemblage, montre les avantages et les inconvenients de chaque structure ainsi que l'influence des parametres tels que la raideur de l'environnement, la vitesse de deplacement, etc. Vis-a-vis des performances. Deux types de comportement ont ete testes sur le systeme d'assemblage : un du type ressort, l'autre du type ressort-amortisseur. Cela montre que la structure de commande externe est la mieux adaptee pour notre approche. Cette derniere utilise la technique d'apprentissage par renforcement pour realiser l'adaptation du controleur d'effort. L'approche proposee a ete mise en uvre sur un robot parallele a liaison c5 qui realise des

Ce travail concerne la synthèse d'une commande floue pour des robots manipulateurs dédiés pour des tâches d'assemblage. La première partie, intitulée ″Introduction Générale″, justifie l'emploi de la commande en effort floue, analyse brièvement la problématique de l'assemblage et l'utilité de stratégies de commande force/position intelligentes. La deuxième partie, intitulée ″Vers une Commande Force/Position Floue″, présente le problème de la synthèse d'une commande par impédance floue pour un système multivariables. On considère la synthèse de l'élément le plus important à savoir : la base de règles. La démarche proposée permet, d'une certaine manière, de systématiser l'approche intuitive qu'un expert pourrait suivre pour concevoir une base de règles cohérente. Cette méthode de synthèse a été appliquée sur notre site expérimentale composée essentiellement d'un robot portique plan et d'un robot parallèle à 6 d. D. 1. Nous avons comparé les résultats de la commande par impédance et ceux obtenus avec une commande en effort flou avec, comme critères de comparaison, la stabilité asymptotique et l'amortissement du premier contact robot-environnement. Dans la troisième partie intitulée ″Génération Symbolique et Optimisation des Systèmes FMIMO″, nous proposons une méthode de génération automatique de règles de commande d'une système bouclé. L'algorithme proposé repose la pseudo-inversion du modèle dynamique du système représenté par un modèle d'état flou. Le système est alors considéré comme un système décrit de manière symbolique.

La robotique collaborative connaît ces dernières années une forte croissance, grâce à la pertinence de la collaboration entre les humains et les robots dans un même espace de travail. Des applications industrielles se développent, aussi bien dans les grandes multinationales que dans les PME. Dans le contexte d’une chaîne d’assemblage automobile, de nombreuses problématiques se posent pour permettre la collaboration efficace entre robot et opérateur. Un robot collaboratif conçu dans ce cadre est destiné à effectuer des tâches d’assemblages dans des zones à l’accessibilité complexe. Étant à distance, l’opérateur n’aura pas nécessairement de visuel direct sur l’accomplissement de la tâche, et pour éviter des pertes de temps, il est souhaitable que le robot soit capable de vérifier et de valider automatiquement son bon accomplissement. En découle la problématique à l’étude dans ce mémoire, qui est la vérification automatique du bon accomplissement des tâches d’assemblage effectuées par le robot. Afin d’y répondre, une pré-étude est effectuée, visant à déterminer les possibilités en termes de capteurs et d’algorithmes de détection, et permettant de répondre aux besoins et contraintes de General Motors, commanditaire de cette étude. Chaque chapitre du mémoire présente donc un système de détection, composé d’un capteur et d’un ou plusieurs algorithmes de décision. Les différences en termes de traitement du signal et d’algorithme sont présentées et comparées, en s’appuyant sur des expérimentations. Parmi les types d’assemblages sélectionnés par General Motors, ceux utilisés pour la conception et l’expérimentation des solutions sont les assemblages clipsés (« snap fit ») et les assemblages de connecteurs électriques. Le premier chapitre présente une solution fondée sur l’utilisation de photodétecteurs, secondée par un algorithme vérifiant en temps réel les valeurs renvoyées par le photodétecteur. Lorsque cette valeur descend sous une valeur seuil préétablie, l’algorithme déduit que l’assemblage a été correctement effectué. Cette méthode est simple et robuste, ayant obtenu un taux de détection correcte de la situation d’assemblage de 100% lors des phases de tests. Cependant cette robustesse est contrebalancée par le caractère relativement spécifique de la solution et son peu de flexibilité pour l’adaptation à d’autres assemblages. Le second chapitre porte sur un système employant un accéléromètre destiné à enregistrer les différents mouvements survenant lors de l’assemblage. Suit une méthode de traitement du signal obtenu, permettant de caractériser et de différencier les signaux émanant d’assemblages réussis de ceux provenant d’assemblages ratés grâce à des paramètres statistiques. Ces derniers sont finalement récupérés par deux algorithmes de reconnaissance différents, qui sont ensuite comparés. Le premier algorithme consiste à vérifier la correspondance des paramètres statistiques d’un signal avec des valeurs seuil fixées à l’avance. L’autre méthode, issue de l’apprentissage automatique, utilise les Séparateurs à Vaste Marge pour distinguer deux classes : les assemblages réussis et les assemblages ratés. Après expérimentation, il ressort que ces deux méthodes ont des performances assez similaires , de l’ordre de 90%. Ainsi ce sera le contexte et la complexité du signal à étudier qui présideront au choix d’une méthode. Enfin, le dernier chapitre se penche sur l’emploi d’un microphone et de techniques de reconnaissance sonore pour permettre la bonne identification d’un assemblage de connecteurs électriques. Deux méthodes de traitement, la transformée en ondelettes et les Mel Frequency Cepstrum Coefficients (MFCC), sont comparées. La reconnaissance est assurée par un algorithme basé sur les modèles de mélange gaussiens. A l’issue d’essais où les deux prétraitements ont été mis à l’épreuve, en tenant compte de la résistance face au bruit ambiant, il est possible de constater que la transformée en ondelettes présente des performances supérieures aux MFCC, dans le cadre précis de l’étude. La reconnaissance sonore ne nécessitant qu’un son distinct à identifier pour pouvoir fonctionner, cette solution présente un fort potentiel d’adaptation à d’autres types d’assemblages, mais aussi d’autres problématiques. Ces trois systèmes permettent de balayer un certain éventail de possibilités, et les solutions présentées sont amenées à être croisées et bonifiées afin d’aboutir à des systèmes robustes et fiables, aux standards de l’industrie.

Ce mémoire de thèse présente un environnement de programmation pour une cellule flexible d'assemblage multi-robots: SAFIR. Il comprend un mode hors-ligne qui correspond à l'interface opérateur (spécification des graphes d'assemblage contenant plusieurs plans d'assemblage d'un même produit; instanciation des bases de données concernant les pièces à assembler et les liaisons existant entre elles) et un mode en-ligne qui gère et supervise l'exécution des tâches d'assemblage de manière dynamique. L'objectif est de s'adapter, en temps réel, à l'évolution de la cellule (retard de pièces, pannes de ressources,. . . ). SAFIR utilise une approche distribuée des connaissances sur les pièces, les ressources, les tâches d'assemblage, etc. . . Son implémentation s'appuie sur les concepts de programmation orientée objet (encapsulation et niveau d'abstraction des données).

On présente dans cette thèse une méthode de programmation des robots d'assemblage par l'utilisation de moyens graphiques. Cette méthode consiste à simuler, dans un premier temps, l'espace de travail du robot sur l'écran d'un ordinateur. Chaque élément de l'univers est présentée sur les quatre quadrants de l'écran, par ses trois vues du dessin industriel et par une quatrième vue perspective globale. Ensuite, on procède au montage automatique de l'assemblage sans tenir compte des contraintes physiques dues aux collisions: les graphes représentant les composants sont assemblés sur l'écran et l'assemblage final est totalement défini. Dans une troisième étape, on procède à une phase d'apprentissage graphique par démontage interactif des composants dans l'ordre inverse de leur montage, et cela en tenant compte des contraintes physiques. L'opérateur lance des commandes de déplacements élémentaires. Le calculateur interprète ces commandes en calculant les effets de collisions. Il valide et exécute uniquement les commandes qui sont physiquement réalisables. Ce cycle interactif est répété jusqu'au démontage complet de tous les composants de l'assemblage. Finalement, une simple inversion du cycle et des trajectoires de parcours trouvées lors de la phase d'apprentissage, permet à un générateur de plan de programmer les tâches d'assemblage (trajectoires de parcours, points et modes de préhension des composants, leurs positions finales et initiales. . . ). Une application portant sur une gamme d'assemblage de moteurs électriques est présentée en dernière partie de cette thèse

Développement des problèmes liés à l'assemblage automatique et description des caractéristiques de la cellule. Définition du système de pilotage et proposition d'une modélisation de la cellule à partir de graphes d'état. Étude de l'ordonnancement dynamique permettant l'affectation de tâches aux robots en fonction de l'arrivée des pièces et de la disponibilité des ressources partageables. Présentation de la structure fonctionnelle avec les modules d'information et de décision ainsi que leurs interconnexions.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la programmation de systèmes robotiques, plus particulièrement sur la génération automatique de trajectoires d'assemblage pour deux objets mécaniques décrits par leur modèle polyédrique en position assemblée. Deux aspects sont abordes: l'étude du modèle des liaisons de contact, et la description d'une méthode de calcul de stratégies d'assemblages. La première partie introduit les notions de coordonnée généralisée et de contrainte de contact qui permettent une modélisation systématique des taches de manipulation. Le mouvement relatif des objets au contact est obtenu par intégration de ce modèle. Une stratégie d'assemblage est définie par une suite de segments de trajectoires, chacun d'eux conservant une relation de contact constante. La deuxième partie montre que ces stratégies peuvent être représentées par un chemin sur un graphe. Les nuds correspondent a des relations de contact a zéro degré de liberté (limites des segments de trajectoires) et les arcs a des liaisons a un degré de liberte (trajectoires). La méthode de construction incrémentale du graphe proposée consiste en la génération de quintuplets de contraintes de contact conduisant à des mouvements compatibles avec la description polyédrique des objets

Dans cette thèse, nous présentons la commande dynamique d'un manipulateur à six degrés de liberté qui possède des propriétés cinématiques et dynamiques intéressantes. Dans la seconde partie, un algorithme de génération de trajectoires sera traité, permettant à un robot-manipulateur d'effectuer des mouvements de déplacement à vitesse non nulle, dans l'espace cartésien. Nous montrerons dans la troisième et la quatrième partie, la réalisation d'un capteur tactile et son application à la saisie et à l'identification d'images d'objets
In this thesis, we describe the dynamic command of a manipulator having six degrees of freedom. This command is shown to have kinematic and dynamic optimal properties. In part 2 a trajectory generation algorithm is presented. This algorithm is used for a manipulator or robot for non-null speed movements in Cartesian space. In the third and the fourth parts, we describe the tactile sensor which has been developed, and its use in grasping and in identifying object images

Utilisation du raisonnement géométrique pour la planification de mouvements en robotique. Utilisation de l'intelligence artificielle et de la modélisation géométrique pour la programmation automatique des robots. Cas des mouvements fins correspondants a un assemblage

Cette thèse traite des problèmes d’assemblage et de robots parallèles. Le premier chapitre propose une définition des tâches d’assemblage et analyse ensuite la classification des tâches d’assemblage proposée par KONDELEON et puis nous élaborons une nouvelle. La classification de KONDELEON permet en effet de présenter les techniques et outils qui ont été développés pour résoudre essentiellement les solutions qui s’apparentent au problème canonique d’insertion d’une pige dans un alésage. Notre classification basée sur l’adaptabilité utile associe les classes de tâches aux techniques et outils pour leur mise en œuvre. Dans cette optique, nous montrons la bonne adéquation entre les robots parallèles et les tâches d’assemblage notamment celles à adaptabilité de courte distance. Les second et troisième chapitres sont basés sur la classe de tâche à adaptabilité de courte distance. Après avoir présenté les robots parallèles, notamment ceux réalisés au LIMRO, nous présentons deux applications d’assemblage d’éléments complexes sur une carrosserie d’automobile. Nous élaborons par la suite un modèle géométrique fin pour les robots parallèles à liaison C5. Le troisième chapitre traite de la détermination des efforts, condition nécessaire dans le cas d’assemblage d’éléments fragiles. Cette détermination des efforts par la mesure des courants moteurs a été effectuée sur un robot parallèle et sur un robot classique mais la méthode s’avère inadaptée pour le robot parallèle.

L'auteur présente une modélisation originale de la répétabilité des robots manipulateurs industriels par les ellipsoi͏̈des stochastiques, permettant de mieux prendre en compte l'anisotropie de la distribution spatiale autour d'un point de l'espace. Ces concepts sont validés sur un robot Kuka instrumenté afin d'obtenir la distribution spatiale des points pour une consigne fixe. Les principales applications : la prédiction des variations de la répétabilité en fonction de la zone de travail, l'analyse de l'influence de la charge sur la répétabilité, l'optimisation de la géométrie du robot, l'agencement du poste de travail par rapport à la tâche L'analyse des trajectoires en termes de processus stochastiques permet l'introduction de processus saut et mène au concept original d'espace granulaire. Ces concepts constituent la base d'un système expert intégrant des informations extéroceptives permettant un repositionnement précis et la réalisation effective de tâches d'assemblages tolérancés
An original modelling of industrial manipulator robot repeatability is proposed. The stochastic ellipsoid approach gives relevant information about the anisotropic spatial distribution around a given target. Experimental results obtained on an industrial Kuka robot assembly cell show a good adequacy between the points of the trials and the theoretical distribution. Among the main applications : calculation of repeatability variations in the workspace, influence of load on repeatability, optimisation of robot geometry and sensors, diagnosis of axis, customisation of robot cell layout to the task specifications, etc. Analysing the temporal trajectories from a stochastic process point of view, we introduce the jump process, and reveal the granular structure of the workspace. These concepts included in an expert system integrating external sensor information might well be used to perform very precise assembly tasks with a high rate of success

Etude d'un robot avec un prehenseur tridigital. Le manipulateur possede six degres de liberte et est dote d'un capteur tactile d'efforts a six composantes. Conception d'une commande gardee avec retour d'efforts. Etude d'un logiciel de strategie d'assemblage. Experimentation dans le cas de taches d'assemblage de haute precision

Motion planning is building a considerable momentum within industrial settings. Whether for programming factory robots or calculating mechanical assembly sequences, motion planning through probabilistic algorithms has proved to be particularly efficient for solving complex problems that are difficult for human operators. This doctoral thesis, a collaborative work between the research laboratory LAAS‐CNRS and the startup company Kineo CAM, is aimed confronting motion planning problems encountered in the virtual factory. We have identified three domains that are of interest to industrial partners and we contribute to each: collision detection, swept volumes, and motion planning in collision. Collision detection is a critical operator for analyzing digital models within their environment. Motion planning algorithms rely so heavily on collision detection that it has become a performance bottleneck. This explains why such a large variety of collision detection algorithms exist, each specialized for a particular type of geometry, such as polyhedra or voxels. Such a diverse solution space is a barrier for integrating multiple geometry types into the same architecture. We propose a framework for performing proximity queries between heterogeneous geometries. While factoring out the algorithmic core common to spatial‐division and boundingvolume schemes, the framework allows specialized collision tests between a pair of geometric primitives. New geometry types can thus be added easily and without hurting performance. We validate our approach on a humanoid robot that navigates an unknown environment using vision. Swept volumes are a useful tool for visualizing the extent of a movement, such as the vibrations of an engine or the reaching of a digital human actor. The state‐of‐the‐art approach exploits graphics hardware to quickly approximate swept volumes with a high accuracy, but only applies to a single watertight object. To adapt this algorithm to handle computer‐aided design input, we modify its behavior to treat polygon soup models and discontinuous paths. We demonstrate its effectiveness on disassembly movements of mechanical pieces with a large number of triangles. It can be challenging to manipulate the volume described by a polygon soup. Starting with the swept volume algorithm, we introduce operators to change the size of discrete objects. At a basic level, we calculate the Minkowski sum of the object and a sphere in order to inflate the object, and the Minkowski difference to deflate it. We test these operators on both static and moving objects. Finally, we take on the problem of motion planning in collision. Although it may appear as a contradiction in terms, the ability to authorize a limited penetration during the planning process can be a powerful tool for certain difficult motion planning problems. For example, when calculating disassembly sequences, we can allow obstacles such as screws to move during the planning. In addition, by allowing collision we are able to solve forced passage problems. This is a difficult problem encountered in virtual mockups, where certain parts are slightly deformable or where we may be asked to find the “least‐worst path” when no non‐colliding path exists. In this doctoral work we develop several contributions that apply to industrial robotics and automation. By focusing on the strict functional and usability requirements of the domain, we hope that our algorithms are directly applicable as well as scientifically valuable. We try to expose the advantages as well as the disadvantages of our approach throughout the thesis
La planification du mouvement connait une utilisation croissante dans le contexte industriel. Qu’elle soit destinée à la programmation des robots dans l’usine ou au calcul de l’assemblage d’une pièce mécanique, la planification au travers des algorithmes probabilistes est particulièrement efficace pour résoudre des problèmes complexes et difficiles pour l’opérateur humain. Cette thèse CIFRE, effectuée en collaboration entre le laboratoire de recherche LAAS-CNRS et la jeune entreprise Kineo CAM, s’attache à résoudre la problématique de planification de mouvement dans l’usine numérique. Nous avons identifié trois domaines auxquels s’intéressent les partenaires industriels et nous apportons des contributions dans chacun d’eux: la détection de collision, le volume balayé et le mouvement en collision. La détection de collision est un opérateur critique pour analyser des maquettes numériques. Les algorithmes de planification de mouvement font si souvent appel à cet opérateur qu’il représente un point critique pour les performances. C’est pourquoi, il existe une grande variété d’algorithmes spécialisés pour chaque type de géométries possibles. Cette diversité de solutions induit une difficulté pour l’intégration de plusieurs types de géométries dans la même architecture. Nous proposons une structure algorithmique rassemblant des types géométriques hétérogènes pour effectuer les tests de proximité entre eux. Cette architecture distingue un noyau algorithmique commun entre des approches de division de l’espace, et des tests spécialisés pour un couple de primitives géométriques donné. Nous offrons ainsi la possibilité de facilement ajouter des types de données nouveaux sans pénaliser la performance. Notre approche est validée sur un cas de robot humanoïde qui navigue dans un environnement inconnu grâce à la vision. Concernant le volume balayé, il est utilisé pour visualiser l’étendue d’un mouvement, qu’il soit la vibration d’un moteur ou le geste d‘un mannequin virtuel. L’approche la plus innovante de la littérature repose sur la puissance du matériel graphique pour calculer une approximation du volume balayé très rapidement. Elle est toutefois limitée en entrée à un seul objet, qui luimême doit décrire un volume fermé. Afin d’adapter cet algorithme au contexte de la conception numérique, nous modifions son comportement pour traiter des « soupes de polygones » ainsi que des trajectoires discontinues. Nous montrons son efficacité sur les mouvements de désassemblage pour des pièces avec un grand nombre de polygones. Il est difficile de manipuler le volume décrit par une soupe de polygones. A partir du calcul du volume balayé, nous introduisons des opérateurs qui changent la taille de l’objet discret. Ces operateurs calculent la somme de Minkowski entre l’objet et une sphère afin d’agrandir l’objet, et la différence de Minkowski pour le rétrécir. Nous obtenons les résultats sur les objets statiques ainsi que dynamiques. Enfin, nous abordons le problème de la planification de mouvement en collision. Cette antilogie exprime la capacité d’autoriser une collision bornée pendant la recherche de trajectoire. Ceci permet de résoudre certains problèmes d’assemblage très difficiles. Par exemple, lors du calcul des séquences de désassemblage, il peut être utile de permettre à des « pièces obstacles » telles que les vis de se déplacer pendant la planification. De plus, en autorisant la collision, nous sommes capables de résoudre des problèmes de passage en force. Cette problématique se pose souvent dans la maquette numérique où certaines pièces sont « souples » ou si le problème consiste à identifier la trajectoire « la moins pire » quand aucun chemin sans collision n’existe. Nous apportons dans ce travail plusieurs contributions qui s’appliquent à la conception numérique pour la robotique industrielle. Nous essayons de marier une approche scientifique avec des critères de fonctionnalités strictes pour mieux s’adapter aux utilisateurs de la conception numérique. Nous cherchons à exposer les avantages et les inconvénients de nos approches tout au long du manuscrit

En comparaison avec leurs homologues sériels, les robots parallèles possèdent de nombreux avantages : rigidité, temps de cycle et précision de positionnement. La faible taille de leur espace de travail opérationnel est cependant un inconvénient qui empêche leur développement. L’analyse cinématique décrit la division de l’espace de travail total en aspects, séparés entre eux par des singularités de Type 2. Parmi les solutions d’élargissement de l’espace de travail opérationnel issues de la littérature, que sont comparées entre elles, nous retiendrons la traversée des singularités grâce à une génération de trajectoire et une loi de commande dédiées. Cette solution est cependant sujette aux échecs de traversée et ne permet pas de certifier la réussite de l’opération. La première partie du travail consiste donc à développer un outil permettant de détecter le résultat des traversées. De tels algorithmes n’existent pas dans la littérature ; en effet, les solveurs du problème géométrique direct ne peuvent pas donner de résultats appropriés à proximité des singularités. Cependant les méthodes ensemblistes proposent une manière intéressante de tenir compte de la cinématique du robot. Nous nous basons sur cette considération pour développer un algorithme réalisant le suivi de la pose ainsi que de la vitesse de l’effecteur du robot. En simulation, nous démontrons sa capacité à détecter les changements de mode d’assemblage et son utilité pour générer des trajectoires permettant la traversée. La deuxième problématique consiste à améliorer le suivi de trajectoire par l’utilisation de techniques de commande avancée. Une revue de littérature nous permet d’identifier la commande adaptative et la commande prédictive comme deux schémas intéressants pour notre application. La synthèse d’un loi de commande adaptative par des outils linéaires est proposée et complétée par la prédiction des paramètres dynamiques suivant la méthode Predcitive Functionnal Control. Les gains apportés par les lois de commande proposées sont évalués en simulation. Afin de valider ces contributions, elles sont implémentées sur un robot parallèle plan à deux degrés de liberté nommé DexTAR. Nécessaire à la mise en oeuvre de l’algorithme de détection du mode d’assemblage, un étalonnage géométrique du robot est réalisé et les paramètres estimés sont certifiés de manière ensembliste. La capacité de l’algorithme à statuer sur le mode d’assemblage final est ensuite évaluée sur des trajectoires réelles. Ces résultats sont comparés avec ceux obtenus en simulation. De plus, les lois de commande développées sont implémentées sur le robot DexTAR et testés dans des cas de figure réalistes comme les traversées multiples ou la saisie d’objets.Les propositions formulées dans ce manuscrit permettent de répondre à ces problématiques, afin de faciliter l’utilisation des méthodes d’agrandissement de l’espace de travail par traversée de singularité de Type 2
Compared to their serial counterparts, parallel robots have the edge in terms of rigidity,cycle time and positioning precision. However, the reduced size of their operationalworkspace is a drawback that limits their use in the industry. Kinematic analysis explainshow the workspace is divided in aspects, separated from each others by so-called Type 2singularities. Among existing solutions for workspace enlargement, which are evaluatedin this thesis, we chose to work on a method based on singularity crossing. This can beachieved thanks to dedicated trajectory generators and control strategies. Yet, failuresin crossing can still happen and crossing success cannot be certified.In consequence, the first part of the thesis consists in the development of an algorithmable to state on the results of a crossing attempt. Such a tool does not exist inthe literature, since solvers for the forward kinematics of parallel robots diverge aroundsingularities. Nonetheless, interval methods allow to bypass this problem by trackingend-effector velocity alongside with its pose. The ability of the algorithm to detect assemblymode change is proven in simulation, and its usefulness for reliable trajectoryplanning is shown.In a second part, we seek to improve trajectory tracking through the use of advancedcontrol techniques. A review on those techniques showed adaptive control and predictivecontrol methods to be well-fitted to our application. Linear synthesis of articularadaptive control is proposed and then derived in order to predict dynamic parametersthanks to the Predictive Functional Control method. Efficiency of the proposed controllaws is evaluated in simulation.1In order to validate both contributions, algorithms and control laws are implementedon a 2-degree of freedom planar parallel robot named DexTAR. As it is mandatory forassembly mode detection, the kinematic calibration of the robot is completed from whichcertified geometric parameters are derived. Assembly mode detection is performed onreal trajectories and results are compared to those obtained in simulation. Moreover,adaptive and predictive control laws are tested in realistic cases of singularity crossingand object manipulation.Overall, proposed contributions answer the problems that were stated previously andform an improvement to the workspace enlargement method based on Type 2 singularitycrossing

Utilisation du raisonnement géométrique pour la planification de mouvements en robotique. Utilisation de l'intelligence artificielle et de la modélisation géométrique pour la programmation automatique des robots. Cas des mouvements fins correspondants a un assemblage