Robotique flexible : applications à la manipulation multi-échelle

Résumé

La fonction de manipulation robotique nécessite de systèmes mécatroniques performants et précis qui mettent souvent en jeu des mécanismes caractérisés par des phénomènes mécaniques de flexibilité. L'ouvrage donne un aperçu des dernières avancées scientifiques et technologiques en la matière.

Contributeur(s)
Éditeur(s)
- Hermès science publications-Lavoisier
Date
- DL 2013
Notes
- Bibliogr. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (390 p.) : ill. ; 24 cm
Collections
- IC2. Série Systèmes automatisés
Autre(s) édition(s)
- Robotique flexible
Sujet(s)
ISBN
- 978-2-7462-4509-9
Indice
- 62.1 Ingénierie, automatique appliquée
Quatrième de couverture
- Le traité Systèmes automatisés répond au besoin de disposer des derniers résultats de la recherche, aussi bien méthodologique qu'expérimentale, pour mieux maîtriser les systèmes complexes.
  Les thèmes couverts - non exhaustifs - portent sur les techniques suivantes :
  Modélisation des systèmes
  Identification de paramètres
  Contrôle - commande
  Optimisation et robustesse des systèmes commandés
  Capteurs et actionneurs
  Partage des ressources
  Stratégies de décisions et communications
  Applications et études de cas
  Chaque volume fait un état de l'art sur un sujet à un instant donné en présentant à la fois les aspects fondamentaux, conceptuels et technologiques. Les éclairages apportés par les différents angles de vue permettent d'appréhender la problématique dans son ensemble.
  Une approche pluridisciplinaire est privilégiée pour offrir des ouvertures et des perspectives pour le lecteur. Celui-ci trouvera dans une bibliographie riche et une indexation détaillée les éléments nécessaires pour compléter sa vision et approfondir ses réflexions.
  Le traité est régulièrement mis à jour pour maintenir la pertinence des résultats présentés et faire état des dernières découvertes applicables aux systèmes automatisés.
Tables des matières
- - Robotique flexible
  - Hermes Science/Lavoisier
  - Table des matières vii
  - Chapitre 1. Introduction générale 15
  - Mathieu Grossard, Stéphane Régnier et Nicolas Chaillet
  - Chapitre 2. Conception de structures flexibles intégrées pour la micromanipulation 21
  - Mathieu Grossard, Mehdi Boukallel, Stéphane Régnier et Nicolas Chaillet
  - 2.1. Problématiques de conception et commande des structures flexibles en micromanipulation22
  - 2.1.1. Spécificités de la manipulation à l'échelle micro23
  - 2.1.2. Fiabilité et précision de positionnement24
  - 2.1.3. Station de micromanipulation27
  - 2.1.4. Difficultés liées à la commande des micromanipulateurs robotiques28
  - 2.1.4.1. Comportement du système28
  - 2.1.4.2. Système de mesure29
  - 2.1.4.3. Enjeux des flexibilités mécaniques29
  - 2.2. Conception intégrée en micromécatronique30
  - 2.2.1. Démarche de modélisation des structures flexibles intégrées30
  - 2.2.2. Matériaux actifs de transduction30
  - 2.2.2.1. Transduction électromécanique32
  - 2.2.2.2. Transduction magnétomécanique34
  - 2.2.2.3. Transduction thermomécanique34
  - 2.2.3. Modèles multiphysiques35
  - 2.2.3.1. Equations du mouvement36
  - 2.2.3.2. Représentation d'état linéaire37
  - 2.2.3.3. Réduction de modèles37
  - 2.2.3.4. Synthèse du correcteur38
  - 2.2.4. Stratégies d'optimisation de structures micromécatroniques38
  - 2.2.4.1. Optimisation des paramètres structurels39
  - 2.2.4.2. Optimisation de forme40
  - 2.2.4.3. Optimisation topologique41
  - 2.3. Exemple d'une méthode de synthèse optimale de structures flexibles à transduction piézoélectrique43
  - 2.3.1. La méthode des blocs43
  - 2.3.2. Démarche générale de conception44
  - 2.3.3. Modèle aux éléments finis46
  - 2.3.4. Exemples d'application : conception de micropinces flexibles intégrées47
  - 2.4. Conclusion48
  - 2.5. Bibliographie49
  - Chapitre 3. Représentation des structures flexibles et propriétés remarquables pour la commande 55
  - Mathieu Grossard, Arnaud Hubert, Stéphane Régnier et Nicolas Chaillet
  - 3.1. Représentation d'état des structures flexibles56
  - 3.1.1. Représentation dynamique56
  - 3.1.2. Modèle conservatif dans la base modale57
  - 3.1.3. Spécifications de l'amortissement59
  - 3.1.4. Résolution des équations61
  - 3.1.5. Représentation d'état dans la base modale61
  - 3.1.6. Identification et commande modales62
  - 3.2. Notions de commandabilité et observabilité modales64
  - 3.2.1. Rappels sur les notions de commandabilité et observabilité de l'état64
  - 3.2.2. Interprétations des grammiens au cas des structures flexibles67
  - 3.2.3. Ecriture des grammiens dans la base modale68
  - 3.3. Réduction de modèles69
  - 3.3.1. Cas de la base équilibrée69
  - 3.3.2. Technique de réduction de Moore69
  - 3.3.3. Equivalence bases modale et équilibrée pour les structures flexibles70
  - 3.4. Apports de critères issus du champ de l'analyse modale en optimisation topologique71
  - 3.4.1. Considérations pratiques pour la réduction de modèle71
  - 3.4.2. Colocalisation actionneur/capteur73
  - 3.4.3. Orientation de la réponse fréquentielle du transfert de commande dans le contexte de l'optimisation topologique76
  - 3.4.4. Critère d'observabilité modale en optimisation de structures77
  - 3.4.5. Commande HAC/LAC80
  - 3.5. Conclusion83
  - 3.6. Bibliographie84
  - Chapitre 4. Approches énergétiques structurées pour la modélisation des structures flexibles 89
  - Nandish R. Calchand, Arnaud Hubert, Yann Le Gorrec et Hector Ramirez Estay
  - 4.1. Introduction89
  - 4.2. Systèmes de dimension finie91
  - 4.2.1. Modélisation énergétique classique92
  - 4.2.2. Modélisations classiques par réseaux95
  - 4.2.3. Formulation hamiltonienne à ports104
  - 4.3. Systèmes de dimension infinie108
  - 4.3.1. Exemple introductif109
  - 4.3.2. Classe de systèmes considérés114
  - 4.3.3. Structure de Dirac en dimension infinie115
  - 4.3.3.1. Formulation générale115
  - 4.3.3.2. Paramétrisation et extension des variables de port à la frontière116
  - 4.3.4. Système de contrôle frontière et stabilisation118
  - 4.3.4.1. Systèmes de contrôle frontière118
  - 4.3.4.2. Stabilisation120
  - 4.4. Conclusion123
  - 4.5. Bibliographie124
  - Chapitre 5. Approches de commande en boucle ouverte pour les micro-manipulateurs flexibles à base de matériaux actifs 127
  - Yassine Haddab, Vincent Chalvet et Micky Rakotondrabe
  - 5.1. Introduction127
  - 5.2. Microactionneurs piézoélectriques128
  - 5.2.1. Actionneurs piézoélectriques flexibles128
  - 5.2.2. Modélisation et compensation de l'hystérésis131
  - 5.2.2.1. Caractérisation de l'hystérésis131
  - 5.2.2.2. Modélisation de l'hystérésis131
  - 5.2.2.3. Compensation de l'hystérésis133
  - 5.2.3. Modélisation et compensation de la vibration mal amortie134
  - 5.2.3.1. Caractérisation de la vibration135
  - 5.2.3.2. Modélisation de la vibration135
  - 5.2.3.3. Compensation de la vibration136
  - 5.3. Microactionneurs thermiques138
  - 5.3.1. Actionneurs thermiques138
  - 5.3.2. Modélisation et identification142
  - 5.3.2.1. Modèle thermomécanique142
  - 5.3.2.2. Modèle électrothermique144
  - 5.3.3. Module bistable utilisant des actionneurs thermiques147
  - 5.3.4. Commande149
  - 5.3.5. Microrobot numérique150
  - 5.3.5.1. Le DiMiBot150
  - 5.4. Conclusion151
  - 5.5. Bibliographie153
  - Chapitre 6. Enjeux des flexibilités pour la conception de préhenseurs versatiles et dextres 157
  - Javier Martin Amezaga et Mathieu Grossard
  - 6.1. Systèmes robotiques de préhension158
  - 6.1.1. Préhenseur robotique158
  - 6.1.2. Notion de préhension versatile159
  - 6.1.3. Notion de manipulation dextre161
  - 6.1.3.1. Définition161
  - 6.1.3.2. Anthropomorphisme162
  - 6.1.3.3. Conception mécatronique de préhenseurs d'inspiration anthropomorphe163
  - 6.2. Architectures d'actionnement et éléments élastiques165
  - 6.2.1. Principes d'actionnement165
  - 6.2.1.1. Intégration de l'actionnement165
  - 6.2.1.2. Modalités d'actionnement166
  - 6.2.1.3. Problématique de routage des tendons168
  - 6.2.1.4. Effets dynamiques d'un couplage élastique actionneur-charge : cas de l'actionnement double effet168
  - 6.2.1.5. Importance de l'instrumentation pour la commande en position172
  - 6.2.2. Couplages élastiques dans les chaînes d'actionnement simple effet173
  - 6.2.2.1. Modélisation d'un actionneur simple-effet à tendons élastiques173
  - 6.2.2.2. Cas d'étude de la modélisation d'un actionneur réversible à ressort de rappel175
  - 6.3. Flexibilité de structure177
  - 6.3.1. Intérêts des mécanismes flexibles pour la précision177
  - 6.3.1.1. Déformation localisée178
  - 6.3.1.2. Déformation répartie179
  - 6.3.2. Exemple de conception d'une articulation interphalangienne pour la manipulation pluridigitale180
  - 6.3.3. Surfaces de contact déformables183
  - 6.4. Conclusion186
  - 6.5. Bibliographie187
  - Chapitre 7. Capteurs déformables tactiles pour la perception en manipulation multidigitale 191
  - Mehdi Boukallel, Hanna Yousef, Christelle Godin et Caroline Coutier
  - 7.1. Introduction191
  - 7.2. Manipulation humaine multidigitale comme référence pour la robotique de manipulation192
  - 7.2.1. Manipulation dextre par le biais de la main humaine193
  - 7.2.2. Perception tactile par la main humaine194
  - 7.2.3. Spécifications fonctionnelles de la détection tactile dédiée à la manipulation multidigitale pour la robotique195
  - 7.3. Technologies pour le tactile198
  - 7.3.1. Capteurs résistifs198
  - 7.3.1.1. Jauges de contraintes microfabriquées198
  - 7.3.1.2. Capteurs piézorésistifs202
  - 7.3.2. Polymères conductifs205
  - 7.3.3. Elastomères composites conductifs207
  - 7.3.4. Fluides conductifs210
  - 7.3.5. Capteurs capacitifs211
  - 7.3.6. Capteurs piézoélectriques215
  - 7.3.7. Capteurs optiques217
  - 7.3.8. Capteurs organiques - Organic Field-Effect Transistors (OFET)221
  - 7.4. Comparaison des différentes technologies221
  - 7.5. Le capteur clou225
  - 7.5.1. Description et principe de fonctionnement225
  - 7.5.1.1. Réponse du capteur lorsqu'il est soumis à une force tangentielle226
  - 7.5.1.2. Réponse du capteur lorsqu'il est soumis à une force normale226
  - 7.5.2. Procédé de fabrication226
  - 7.5.2.1. Caractéristiques227
  - 7.6. Du capteur clou à la peau tactile228
  - 7.6.1. Description de la matrice flexible de capteurs clous développée au LETI229
  - 7.6.2. Dimensionnement, choix des matériaux et procédé de fabrication229
  - 7.6.3. Gestion de l'adressage des signaux : un enjeu pour les matrices de grande taille et l'intégration dans les systèmes231
  - 7.7. De la peau tactile au système de toucher artificiel232
  - 7.7.1. Protection des capteurs et transmission des efforts233
  - 7.7.2. Dispositif d'analyse de texture basé sur le capteur clou234
  - 7.8. Applications et analyse des signaux234
  - 7.8.1. Discrimination de surface236
  - 7.8.1.1. Armure de tissus236
  - 7.8.1.2. Image du coefficient de friction237
  - 7.8.1.3. Reconnaissance de textures de papier238
  - 7.8.2. Estimation de la rugosité239
  - 7.8.3. Analyse sensorielle des matériaux240
  - 7.9. Synthèse et conclusion240
  - 7.10. Bibliographie242
  - Chapitre 8. Guidage flexible pour les robots manipulateurs à très haute précision 253
  - Reymond Clavel, Simon Henein et Murielle Richard
  - 8.1. Contexte des robots industriels de très haute précision253
  - 8.1.1. Applications253
  - 8.1.2. Contraintes relatives à la haute précision et propositions de principes de solutions255
  - 8.1.3. Quelques exemples de robots d'ultra haute précision256
  - 8.2. Analyse cinématique des guidages flexibles simples257
  - 8.2.1. Conception des guidages flexibles257
  - 8.2.2. Degrés de liberté d'une articulation élémentaire259
  - 8.2.3. Mouvements parasites260
  - 8.2.3.1. Portée de la méthode261
  - 8.2.3.2. Hyperstatismes262
  - 8.2.3.3. Degrés de libertés «locaux»264
  - 8.2.3.4. Compensation de rigidité et bistabilité265
  - 8.2.3.5. Grands rapports de réduction266
  - 8.2.4. Guidages rectilignes et circulaires268
  - 8.3. Méthode de conception de cinématiques parallèles modulaires pour structures flexibles270
  - 8.3.1. Motivation270
  - 8.3.2. Méthodologie de conception modulaire271
  - 8.3.3. Application du concept à la très haute précision273
  - 8.3.4. Conception mécanique des briques à l'aide de guidages flexibles273
  - 8.4. Exemple de conception du robot Legolas 5275
  - 8.4.1. Conception mécanique à l'aide de guidages flexibles275
  - 8.4.1.1. Brique active T_//275
  - 8.4.1.2. Brique active T_//R_(...)276
  - 8.4.1.3. Brique passive t_//1t_(...)r_//1r_//2277
  - 8.4.2. Prototype du robot Legolas 5278
  - 8.4.3. Famille de robots parallèles modulaires de très haute précision279
  - 8.5. Bibliographie282
  - Chapitre 9. Modélisation et commande de mouvement de robots série à articulations flexibles 287
  - Maria Makarov et Mathieu Grossard
  - 9.1. Introduction287
  - 9.2. Modélisation288
  - 9.2.1. Origine des flexibilités288
  - 9.2.2. Modèle dynamique289
  - 9.2.3. Propriétés du modèle dynamique réduit292
  - 9.2.4. Cas d'étude simplifié293
  - 9.2.4.1. Modèle monovariable sans gravité293
  - 9.2.4.2. Modèle multivariable simplifié sans gravité295
  - 9.3. Identification296
  - 9.3.1. Identification à partir de mesures complémentaires297
  - 9.3.1.1. Capteurs de position articulaire297
  - 9.3.1.2. Capture de mouvement298
  - 9.3.1.3. Accéléromètres298
  - 9.3.1.4. Capteurs de couple299
  - 9.3.2. Identification à partir de mesures moteur seules300
  - 9.3.2.1. Approximations linéaires locales300
  - 9.3.2.2. Méthodes globales301
  - 9.3.2.3. Etude de cas - robot Assist302
  - 9.3.3. Discussion et ouvertures304
  - 9.4. Commande de mouvements305
  - 9.4.1. Approche par perturbation singulière306
  - 9.4.1.1. Eléments théoriques306
  - 9.4.1.2. Application au cas de robots à articulations flexibles307
  - 9.4.2. Linéarisation et compensations309
  - 9.4.2.1. Linéarisation par bouclage309
  - 9.4.2.2. Commande autour d'une trajectoire312
  - 9.4.2.3. Compensation de gravité313
  - 9.4.3. Méthodes de commande particulières313
  - 9.4.3.1. Contrôle de vibrations313
  - 9.4.3.2. Commande adaptative314
  - 9.4.3.3. Commande robuste315
  - 9.4.3.4. Mesures réduites et observateurs316
  - 9.4.3.5. Autres approches de commande318
  - 9.5. Conclusion318
  - 9.6. Bibliographie318
  - Chapitre 10. Modèle dynamique des manipulateurs déformables 331
  - Frédéric Boyer, Ayman Belkhiri
  - 10.1. Introduction331
  - 10.2. Modèle de Newton-Euler d'un corps élastique334
  - 10.2.1. Equations de Poincaré appliquées au corps rigide : modèle de Newton-Euler335
  - 10.2.2. Equations de Poincaré appliquées au corps élastique dans le repère flottant339
  - 10.2.3. Paramètrage des déformations343
  - 10.3. Modèle cinématique d'un manipulateur déformable346
  - 10.4. Modèle dynamique d'un manipulateur déformable349
  - 10.5. Exemple351
  - 10.5.1. Description351
  - 10.5.2. Définition des mouvements imposés352
  - 10.6. Conclusion355
  - 10.7. Bibliographie355
  - Chapitre 11. Commande robuste des robots manipulateurs à flexibilités structurelles 359
  - Houssem Halalchi, Loïc Cuvillon, Guillaume Mercère et Edouard Laroche
  - 11.1. Introduction359
  - 11.2. Méthodologie LTI360
  - 11.2.1. Un problème de robotique médicale360
  - 11.2.2. Modélisation et identification362
  - 11.2.3. Commande H_Infini364
  - 11.2.3.1. Introduction à la commande H_Infini364
  - 11.2.3.2. Mise en oeuvre et résultats366
  - 11.2.4. Bilan sur la commande linéaire368
  - 11.3. Vers une méthodologie LPV368
  - 11.3.1. Un manipulateur à deux segments flexibles368
  - 11.3.1.1. Description du manipulateur368
  - 11.3.1.2. Structuration du modèle370
  - 11.3.1.3. Espace de travail371
  - 11.3.2. Identification d'un modèle LPV372
  - 11.3.2.1. Introduction à l'identification LPV372
  - 11.3.2.2. Identification des modèles locaux LTI372
  - 11.3.2.3. Interpolation des modèles locaux LTI374
  - 11.3.2.4. Validation des modèles LPV interpolés376
  - 11.3.3. Méthodes d'analyse et de synthèse pour les systèmes LPV377
  - 11.3.3.1. Performance des systèmes LPV378
  - 11.3.3.2. Relaxations SOS379
  - 11.3.3.3. Synthèse LPV381
  - 11.3.4. Application à la commande de robots manipulateurs flexibles382
  - 11.3.4.1. Analyse de la performance382
  - 11.3.4.2. Synthèse d'un correcteur LPV384
  - 11.4. Conclusion386
  - 11.5. Bibliographie387
  - Index 391
Origine de la notice:
- FR-751131015 ;
- Electre