Problématique

Les robots parallèles sont de plus en plus utilisés pour des application de positionnement précis. C'est pourquoi il est nécessaire de proposer des méthodes simples et rapides qui permettent de calculer la précision d'un robot donné, afin de les utiliser lors d'une phase d'optimisation de la structure conçue.

Les erreurs de positionnement dans les manipulateurs parallèles proviennent de différents facteurs :

• les erreurs d'usinage, qui peuvent être prises en compte par un étalonnage rigoureux
• les jeux dans les liaisons, qui peuvent être éliminés par l'utilisation de composants mécaniques appropriés
• la rigidité du système, qui peut aussi être éliminée par l'utilisation de structures plus rigides (bien que cela augmentera l'inertie, et diminuera les capacités d'accélération de la structure)
• l'erreur sur la position des actionneurs, qui provient de la résolution des codeurs, et des erreurs de contrôle

C'est pourquoi, comme il l'a été présenté par Jean-Pierre Merlet, l'erreur sur la position des actionneurs est la source la plus significative d'erreur dans un manipulateur bien conçu, réalisé et étalonné. C'est pourquoi, dans nos travaux sur la précision des manipulateurs parallèles, nous n'avons considéré que l'erreur sur la position des actionneurs.

Plusieurs indices de performances sont utilisés pour caractériser la précision d'un mécanisme, comme l'approximation au premier ordre du modèle géométrique direct, le conditionnement, ou bien encore la dextérité. Cependant, la meilleure mesure de la précision pour un robot industriel reste la mesure de son erreur maximal en position et en orientation pour une configuration nominale donnée. Or, les méthodes existantes pour caractériser cette mesure sont généralement difficile à mettre en place, ou bien coûteuses en temps de calcul. C'est pourquoi nous avons chercher à proposer de nouvelles méthodes plus simples à mettre en place par les ingénieurs lors d'une phase d'optimisation d'une architecture robotisée.

 

Travaux réalisés

En ce qui concerne la problématique posée, nous avons essayer de répondre à cette question en proposant une méthode d'analyse de la précision basée sur une étude mathématique de leur modèle géométrique direct pour :

• les manipulateurs parallèles plans
• les manipulateurs parallèles spatiaux à 3T1R (3 translations et 1 rotation)

Les résultats obtenus ont montré que pour ces types de manipulateurs, les erreurs maximales en position et orientation ne peuvent survenir que quand au moins, pour :

• les manipulateurs parallèles plans, deux des moteurs ont une erreur maximale sur leur codeur
• les manipulateurs parallèles spatiaux à 3T1R, trois des moteurs ont une erreur maximale sur leur codeur

Ces résultats permettent de diminuer considérablement les temps de calcul pour les méthodes existantes d'estimation des erreurs, et ouvrent la porte à la création d'indices de performance au sens plus "physique" pour l'optimisation des systèmes parallèles.

 

Pour plus d'informations sur ces travaux, le lecteur devra se référer à :

S. Briot et I.A. Bonev, « Accuracy Analysis of 3T1R Fully-Parallel Robots », Mechanism and Machine Theory, 2010, Vol. 45, No. 5, pp. 695-706.

S. Briot et I.A. Bonev, « Accuracy Analysis of 3-DOF Planar Parallel Robots », Mechanism and Machine Theory, IFToMM, 2008, Vol. 43, No. 4, pp. 445-458.

 

D'autres travaux sur l'analyse des erreurs, que j'ai réalisés, ne sont pas détaillés ici, mais si le lecteur est intéressé, il peut se référer à :

S. Briot et I.A. Bonev, « Are Parallel Robots More Accurate than Serial Robots? », CSME Transactions, 2007, Vol. 31, No. 4, pp. 445-456.

S. Briot et I.A. Bonev, « A Pair of Measures of Rotational Error for Axisymmetric Robot End-Effectors », Advances in Robot Kinematics, 11th International Symposium, 22-26 juin, 2008, Batz-sur-Mer, France.

J. Blaise, I.A. Bonev, B. Monsarrat, S. Briot, M. Lambert et C. Perron, « Kinematic Characterisation of Hexapods for Industry », Industrial Robots: an International Journal, 2010, Vol. 37, No. 1, pp. 79–88.