Robot dynamic path modification via multi-sensor data tracking

Résumé

Cette thèse de doctorat propose et valide expérimentalement des stratégies de contrôle non linéaires pour un robot industriel six axes Meca500 de la société Mecademic en utilisant deux approches. La première approche développée vise à fournir un suivi dynamique précis de la trajectoire dans l’espace des vitesses cartésiennes en présence d’incertitude des paramètres et de perturbations indésirables. Alors que l’étalonnage du robot peut améliorer la précision de la position et de l’orientation (pose), le seul moyen pour un utilisateur d’améliorer la précision de la trajectoire dynamique est de «guider» le robot à l’aide d’un capteur externe et d’un algorithme de contrôle fonctionnant sur un ordinateur séparé. À cet effet, les robots industriels, qui sont normalement commandés avec des instructions préprogrammées en mode position, offrent parfois la possibilité de modifier à la volée la pose de l’effecteur terminal du robot. Dans le robot industriel Meca500 de Mecademic, les opérateurs peuvent modifier indirectement la pose de l’effecteur terminal en contrôlant l’articulation du robot ou la vitesse cartésienne. Dans cette thèse, une application pratique d’un schéma de contrôle actif de rejet des perturbations (ADRC) est présentée pour améliorer la précision de trajectoire du Meca500. La correction de trajectoire dynamique est obtenue en mesurant d’abord la distance entre un point fixe et l’infobulle du robot avec un transducteur linéaire (barre à billes QC20-Wde Renishaw), puis en transmettant le vecteur de vitesse de l’infobulle au robot (via Ethernet TCP / IP). La précision de la trajectoire (circulaire) du robot est considérablement améliorée pour différentes vitesses TCP du robot. Par exemple, à 50 mm / s, l’erreur radiale maximale est inférieure à 0,100 mm et l’erreur moyenne est de 0,015 mm. La deuxième approche garantit la manipulation du Meca500 avec une manette à six axes à doigt d’une manière très douce et fluide en évitant le couplage croisé homme robot, les perturbations du moteur du robot, l’oscillation, le bruit ou la réponse agressive du robot, car la dynamique du système dans ce problème de contrôle de suivi mutuel ainsi que son taux de changement peut changer considérablement en amplitude, en temps et en direction pendant les mouvements normaux du robot. Un nouveau concept de contrôleur à plusieurs étages connectés en série est alors proposé, utilisé et vérifié pratiquement en traçant la réponse mutuelle souris-robot et en capturant deux vidéos pour tous les types de mouvements. Le premier étage du contrôleur utilise la commande floue qui se base sur une description naturelle du comportement du robot par l’humain plutôt qu’une représentation par un modèle mathématique, ce qui donne une solution faisable intégrant des connaissances humaines sur la relation entre l’entrée et la sortie à chaque point de fonctionnement. Le deuxième étage comporte un contrôle d’admittance, connecté en série après le contrôleur flou pour amortir des oscillations qui peuvent apparaître lors de la manipulation du robot. Enfin, et comme troisième étage, un différenciateur de suivi ADRC est incorporé pour filtrer le bruit causé par le contrôle d’admittance, ajouter un retard prévu dans certaines situations de mouvement du robot, puis transformer le signal de position en signal de vitesse qui sera envoyé à l’entrée du robot commandé en mode vitesse. Les résultats expérimentaux montrent les performances améliorées du robot après l’ajout des contrôleurs externes à plusieurs étages.

Date	19 janv. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ouassima Akhrif (Directeur(-trice)) & Ilian Bonev (Codirecteur(-trice))