Caractérisation, modélisation et contrôle vibratoire d’une articulation rotoïde flexible, dédiée à un système robotique

Résumé

Ce mémoire présente la caractérisation, la modélisation et les expérimentations d’une articulation robotique flexible dans le but de développer un contrôleur permettant d’en réduire les vibrations. Le travail a été réalisé sur un banc d’essais à un degré de liberté représentant une articulation du futur robot SCOMPI, utilisé, entre autres, pour des opérations de meulage. Une caractérisation de la rigidité, de l’effet d’hystérésis, du frottement et de l’erreur cinématique du réducteur harmonique a été réalisée et analysée. Une modélisation mathématique et numérique (Simulink) du système a aussi été menée en tenant compte des non-linéarités intrinsèques du réducteur harmonique. Le banc d’essai expérimental comprend deux capteurs de position : un, du côté moteur et l’autre, du côté membrure. Puisque ces capteurs sont utilisés pour mesurer la vibration, leur précision est cruciale. Ainsi, le capteur de position du côté membrure a été amélioré d’un facteur 8 pour atteindre une précision de 50 μrad. La correction de l’erreur s’effectue en temps réel, suite à une caractérisation réalisée avec l’appareil de poursuite laser. Cette amélioration a permis de réduire la vibration d’un facteur 7. Quatre rosettes de jauges de déformation installées sur la flexspline, qui est la composante flexible du réducteur harmonique, ont permis de mesurer le couple transmis par l’articulation. L’erreur du capteur due à la fluctuation, initialement de 2 %, a été réduite à 0,3 % suite à une correction en temps réel. De plus, la linéarité du capteur est de 1 %. Le capteur de couple développé a aussi été utilisé comme source de mesure en substitution au capteur de position du côté membrure. L’utilisation de ce capteur a donné des résultats aussi bons que ceux obtenus par l’utilisation d’un capteur de position angulaire. Deux types de contrôle considérant la flexibilité ont été développés, soit un, basé sur la technique des perturbations singulières et l’autre, avec l’approche de commande prédictive (feed-forward). Les contrôleurs s’avéraient prometteurs lors de simulations numériques, mais en situation réelle, la technique de perturbation singulière n’a pas donné de bons résultats. Cependant, la méthode de commande prédictive s’est avérée, dans tous les cas, plus efficace qu’un contrôleur ne considérant pas la flexibilité. Le contrôleur de commande prédictive permet de stabiliser plus rapidement la membrure.

Date	26 avr. 2012
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Zhaoheng Liu (Directeur(-trice)) & Pascal Bigras (Codirecteur(-trice))