Improving the Dynamic Accuracy of Industrial Robots for Robotic Manipulation
Amélioration de la Précision Dynamique des Robots Industriels pour desOpérations de Manipulation Robotique
Résumé
L'industrie moderne s'appuie sur l'automatisation de ses usines, car les groupes homme-machine sont plus efficaces que les groupes composés uniquement de l'un ou l'autre. Parmi les dernières technologies proposées, une nouvelle génération de robots industriels qu'ils travaillent côte à côte dans un environnement commun avec l'homme. C'est pourquoi les plus grands fabricants de robots industriels proposent des manipulateurs conçus de manière optimale et ils sont mécaniquement flexibles. Programmer le robot est le moyen possible d'améliorer la tâche robotique et de l'adapter à toute évolution des conditions de travail. Les progrès de la recherche ont permis au robot d'accomplir des tâches que seul l'homme pouvait jusqu'à présent accomplir dans l'usine. Par exemple dans un contexte de manipulation robotique. Ce dernier est très concerné par plusieurs processus industriels tels que les opérations d'assemblage : le chargement et le déchargement de pièces d'une line d'assemblage. Lorsque le robot manipule une charge flexible, la précision des tâches robotiques précédentes et parfois même leur faisabilité peuvent être considérablement limitées par des vibrations et des déformations induites par le mouvement de l'objet manipulé. Ces déformations ont des effets néfastes sur le temps d'exécution, la précision et l'intégrité du processus opérationnel dans un environnement contraint. Le problème d'éviter la déformation des charges flexibles lorsqu'elles sont manipulées par un robot industriel est abordé dans cette thèse. La structure flexible du robot et la charge sont les principales sources d'erreurs dans le positionnement et déformation de la charge. L'amélioration de la précision dynamique pour les tâches de manipulation robotique peut être obtenue en utilisant des techniques de contrôle. Cependant, dans le cas des manipulateurs redondants, nous démontrons que la résolution de la redondance peut être exploitée pour compenser les déformations induites par le mouvement de robot. Une approche de contrôle par rétroaction basée sur l'optimisation des couples est proposée pour améliorer la précision des manipulateurs redondants et flexibles, dans laquelle les mouvements internes sont exploités pour amortir les vibrations tout en maintenant la posture de l'effecteur. Dans la deuxième partie de ce travail, la redondance est utilisée pour traiter la déviation indésirable de l'effecteur et les déformations de la charge en utilisant une approche de lissage de la trajectoire ainsi qu'une action de compensation des déformations qui sont intégrées ensemble dans la conception de la commande proposée.
The modern industry leans on the automation of its factories since human-machine groups are prone to be more efficient than groups wholly comprised of one or the other. Among the latest offering technologies, a new generation of industrial robots that don't need to be walled off from human and they are relied to work side by side in one shared environment. Therefore, largest manufacturers of industrial robots offer optimally designed manipulators which are mechanically flexible. Program the robot what to do is the way for having better improvements on the robotic task and adapt it to any evolution in working conditions. Research advancements have enabled the robot to handle tasks that till now only human could handle in the factory such as in robotic manipulation context. This later is highly concerned with several industrial process such as assembly operations for loading and unloading parts from an assembly line. When handling flexible load with the robot, the accuracy of previous robotics tasks and sometimes even their feasibility may be significantly limited by undesired motion-induced vibrations and deformations of the manipulated object. These deformations have detrimental effects on the settling time, the accuracy and the integrity of the operational process in a constrained environment. The problem of avoiding the degradation of the flexible loads when they are handled by an industrial robot is addressed in this thesis. The flexural motion of the robot and the flexible load are the main errors sources in the task positioning and load's shape degradation. The dynamic precision improvement for robotic manipulation tasks may achieved by using control design. On the other hand, the kinematic redundancy is assisted in the control of robots to enhance their performances and maneuverability. However, in the case of the redundant manipulators, we demonstrate that the redundancy resolution can be exploit to compensate for the motion-induced deformations. A feedback control approach based on torque optimization is proposed for accuracy improvement of flexible redundant manipulators in which the self-motion inherent in redundancy feature is exploited to damp out the vibration while maintaining the end-effector posture. In the second part of the present work, the robot's task redundancy is used to handle the undesired deflection of the end-effector and load deformations via a smoothing trajectory approach along with a deformations compensation action which are integrated together in the design of the proposed feedforward control.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|