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1. P N NN ja ue transformation SFlot de sortie pa de contr le X J S LT Pa PSE 22 Repr sentation de transformation de contr le Commande et simulation d un robot quatre articulations 49 ANNEXES ISET Nabeul e R gles de formation d un ST La cohabitation des donn es et des v nements des traitements et du contr le impose des r gles sp cifiques de formation des diagrammes Les relations entre les activeurs d sactiveurs sont les suivantes Activeur suivant D A I Activeur courant D Sans effet Interdit interdit A interdit Sans effet A I Interdit I Sans effet A autorisation aR D d clenchement I Inhibition Les principales r gles de formation qui permettent de s parer les traitements du contr le ainsi que les donn es des v nements sont les suivantes une transformation de contr le n accepte que des flots d v nements en entr e et ne produit que des flots d v nements en sorties une transformation de contr le peut avoir des activeurs d sactiveurs en entr e c est dire tre activ e ou d sactiv e par une transformation de contr le une transformation de contr le peut avoir des activeurs d sactiveurs en sortie c est dire tre activ e ou d sactiv e des transformations de contr le ou de donn es e seuls des flots de donn es et des activeurs d sactiveurs sont accept s en entr es d2. attributs L unicit de la plupart de ces objets provient souvent de diff rences dans leurs valeurs d attributs et dans leurs relations avec les autres objets e Le diagramme d objets Les diagrammes d objets proposent une graphique formelle qui permet de mod liser les objets les classes et leurs relations Les diagrammes d objets offrent l avantage d tre facile comprendre et de bien fonctionner dans la pratique e Liens et associations Les liens et les associations permettent d tablir des relations entre objets et classes Un lien est une connexion physique ou conceptuelle entre des instances d objets Une association d crit un groupe de liens ayant une structure et une s mantique Communes Relation 1 1 Classe A ClasseB Relation 1 plusieurs 4 Classe B__ Relation 1 0 ou 1 Relation plusieurs plusieurs Types de liens entre les classes Commande et simulation d un robot quatre articulations 30 Projet de fin d tudes ISET Nabeul o Le mod le dynamique Le mod le dynamique d crit les aspects du syst me en relation avec le temps et la s quence des op rations les v nements qui marquent les changements les s quences d v nements les tats qui d finissent le contexte des v nements et l organisation des tats et des v nements Le mod le dynamique d crit les s quences d op rations sans attacher d int r t ce qu effectuent les op rati
3. 0 StrCommande StrCommande amp Valeur Fori 1Tos FrmMain MSComm Output Mid StrCommande i 1 Delai False FrmMain mTimer Enabled True Do While Delai False Do vents Loop Next End Sub c Classe Terminal o Les attributs Commande et simulation d un robot quatre articulations 44 Projet de fin d tudes ISET Nabeul Public BrasPrecedent As Bras Public Ouvert As Boolean Public Valeur As Integer Public PositionX As Integer Public PositionY As Integer Public PositionZ As Integer o Les m thodes e Ouvrir Public Sub Ouvrir Dim StrCommande As String Dim i As Integer StrCommande P If Valeur lt 100 Then StrCommande StrCommande amp 0 If Valeur lt 10 Then StrCommande StrCommande amp 0 StrCommande StrCommande amp Valeur For i To 5 FrmMain MSComm Output Mid StrCommande i 1 Delai False FrmMain mTimer Enabled True Do While Delai False Do vents Loop Next Ouvert False End Sub e Fermer Public Sub Fermer Dim StrCommande As String Dim i As Integer StrCommande P If Valeur lt 100 Then StrCommande StrCommande amp 0 If Valeur lt 10 Then StrCommande StrCommande amp 0 StrCommande StrCommande amp Valeur For i 1 To 5 FrmMain MSComm Output Mid StrCommande i 1 FrmMain mTimer Enabled True Do While Delai False DoEvents Loop Next Ouvert True Commande et simulation d un robot quatre articulations 45 Proje
4. e Fermer ferme la pince e CalculerPosition calcule la position absolue de l organe terminal Commande et simulation d un robot quatre articulations 35 Projet de fin d tudes ISET Nabeul d Relation entre les classes Bras Contient Contient Terminal Diagramme des relations entre les classes Commande et simulation d un robot quatre articulations 36 Projet de fin d tudes ISET Nabeul 3 Mod le dynamique Robot non pr t Trame r ponse absente Message Trame r ponse d initialisatio absente Fin d placement Robot stable Robot en d placement commande Diagramme d tat de la classe Robot V Aspect mat riel 1 Introduction Vu l absence de la documentation du module de commande 45000 et sa br ve description dans un ancien rapport de projet de fin d tudes nous tions face au probl me de m connaissance des diff rentes commandes de la carte nous avions alors recours rechercher une solution pour r aliser une commande du robot en boucle ferm e Cette solution est une carte base de convertisseur analogique num rique qui aura pour r le d assurer le suivi de l tat du robot lors de son d placement Commande et simulation d un robot quatre articulations 37 Projet de fin d tudes ISET Nabeul Cette carte n a pas t r alis e faute de temps puisque nous avons vainement recherch la documentation du module de commande et l i
5. Op rateur Commande Param tres de simulatio Simuler et commander robot Caract re de commande Trame r ponse DIAGRAMME DE CONTEXTE Simuler et commander robot Commande et simulation d un robot quatre articulations 19 Projet de fin d tudes ISET Nabeul b diagramme pr liminaire Commande et simulation d un robot quatre articulations 20 Projet de fin d tudes ISET Nabeul c Diagramme interpr ter commande Commande et simulation d un robot quatre articulations 21 Projet de fin d tudes ISET Nabeul d Diagramme commander Commande et simulation d un robot quatre articulations 22 Projet de fin d tudes ISET Nabeul e Diagramme simuler Commande et simulation d un robot quatre articulations 23 Projet de fin d tudes ISET Nabeul f Diagramme d tat transition commande et simulation du robot Interpr ter Simuler Commander Simulation Simulation Fin simulation ET Simuler Interpr ter Fin simulation ET Commander Commande temps r el Commande du robot Interpr ter Diagramme d tat transition commande et simulation du robot Commande et simulation d un robot quatre articulations 24 Projet de fin d tudes g Diagramme d tat transition interpr ter commande Interpr ter lt D gt V rifier d placement V rification du d placement V rification lt D gt extraire type command
6. Nabeul a Param tres du tableau de D H Solide S l 2 3 Param tres Type d articulation R R R 0 0 0 di 0 0 L Qi 0 7 2 0 ri L1 0 0 0 0 02 0 qi q q2 0 b Matrices de passage Les abr viations suivantes seront utilis es pour tout calcul Ci gt Cos i Si gt Sin i Cai gt Cos ai Sai gt Sinal di Ci Oii Ri a Si li e Matrices de passage homog nes Ci CaiSi SaisSi Si Cai Ci SaiCi 0 Sai Cai M iin Lorsque deux bases ont une orientation quelconque l une par rapport les termes M sont assez complexe Ce calcul est effectuer de la mani re pr c dente Mais si la base R par une simple rotation d angle O autour de laxe X ou Y ou Z la matrice de passage a une forme simple Pour une rotation autour de l axe Z et compte tenu de la d finition de la matrice de passage on a Commande et simulation d un robot quatre articulations 12 Projet de fin d tudes ISET Nabeul Ce s0 0 R Z 0 SO Ce 0 0 1 CI S1 0 Moi Si Cl 0 0 0 1 CI S1 0 Mi gt Si C1 0 0 0 1 C1 S1 0 M Si C1 0 0 0 1 O 0 0 0 ro coordonn es de O dans le rep re Ro Mo Ti i1 2 0 O0 0 1 CI SI T o1 NN Q kR O3 r1 O2 M2 O3 r L2C2 0 L1 L2S2 ri Au lieu de calculer T 2 T 23 on peut profiter du fait que les deux rotations successives d axes Z et Z peuvent tre consid r
7. el PositionY r el PositionZ r el CalculerPosition D placer e CodeBras Caract re identifiant le bras e BrasPr c dent l organe auquel est li le bras e Longueur longueur de l axe l axe du bras e Largeur largeur de bord en bord du bras e Profondeur taille de haut en bas du bras e AngleLibert angle maximal que peut parcourir le bras e Valeur comprise entre 511 et 511 et pr cise le d placement du bras e Ancienne Valeur dernier d placement effectu par le bras e _ PositionX Position Y PositionZ position absolue du bras o Les m thodes e CalculerPosition calcule les coordonn es absolues du bras e D placer envoie une commande de d placement du bras au robot Commande et simulation d un robot quatre articulations 34 Projet de fin d tudes ISET Nabeul c Classe Terminal Terminal BrasPr c dent bras Ouvert bool en Vitesse r el PositionX r el PositionY r el PositionZ r el Ouvrir Fermer CalculerPosition o Les attributs e BrasPr c dent Bras auquel est li l organe terminal e Ouvert pr cise l tat de l organe terminal ouvert ferm e Vitesse valeur comprise entre 511 et 511 pr cisant la vitesse de fermeture ou d ouverture de l organe terminal e PositionX PositionY PositionZ position absolue de l organe terminal o Les m thodes e Ouvrir ouvre la pince
8. es comme une seule d angle 84 8 6 pour trouver T Commande et simulation d un robot quatre articulations 13 Projet de fin d tudes ISET Nabeul C4 S54 0 L2C2 S4 C4 0 0 T13 T 52 LA 2 3 0 0 1 Ll L2C2 0 0 0 1 e Matrice de passage globale To3 To1 T12 T 23 CI S1 0 0 To 5 C 0 0 0 0O 1 0 0 0 0 1 C4 S4 0 L2C2 T l 4 C4 0 0 0 0 L RLS 0 0 0 1 D o To3 Toi T13 On pose 65 6 0 pour simplifier l criture de l expression CS S5 0 L2CIC2 Tus S5 C5 0 0 0 0 1 Li L2S2 0 0 0 1 Donc on peut obtenir les coordonn es de O dans le r f rentiel Ro est le suivant L2C1C2 Ozero 0 L1 L2S2 Le cosinus directeur de X dans le r f rentiel R est le suivant Commande et simulation d un robot quatre articulations Projet de fin d tudes ISET Nabeul gt C5 X3 RO S5 0 Le cosinus directeur de Y dans le r f rentiel Roest le suivant 5 S5 Yseo C5 0 Le cosinus directeur de Z dans le r f rentiel R est le suivant 0 Z3 RO 0 1 Les coordonn es de P dans R sont L3 Pes 0 0 D o les coordonn es de P dans le r f rentiel Ro sont L2C1C2 L3CS Pro L3C5 L1 L2S2 4 Le mod le g om trique inverse MGT Le MGD d un robot permet de calculer les coordonn es op rationnelles en fonctions des coordonn es articulaires qi X f q MGD q f x X X Xm q Q1 qn m le nombre de coordonn es op ra
9. 2 L3 Sq3 Sq2 Y 2 f a X1 b X2 c L2 L3 Cq3 Sq2 L3 Sq Cq gt Z a2 X 1 b2 X2 C2 On r sout le syst me 2 lin aire par rapport aux deux inconnues Cq et Sq Le d terminant vaut r Cq gt et Sq gt sont donn s par Cp fx L2 L3 Cq Z L3 Sa r Sq zs L2 L3 Cq3 Y L3 Sq r Commande et simulation d un robot quatre articulations 17 Projet de fin d tudes ISET Nabeul cib1 daic1 c2b2 a2c2 1 2 r2 r2 D o Z L2 L3 Cq3 Y L3Sq3 Y L2 L3 Cq3 Z L3Sq3 q2 ArcTg En se basant sur la Fig2 on obtient MS q X O00P La projection de la relation vectorielle sur X et Y donne les deux quations suivantes Y OP Cq L3 CS Caq a X OP Sq L2 C1 C2 L3 CS Sq b a u La relation nous donne L3 C5 L2 CV1 C2 L3 C5 Tg qi D o L3 C5 L2 C1 C2 L3 C5 q ArcTg II Sp cification 1 Introduction Dans cette partie nous allons sp cifier notre application avec la m thode SART selon l approche Ward amp Miller WM Il est noter que nous n allons r aliser que la sp cification selon la m thode SART pour la conception nous utiliserons la m thode orient e objet pour faciliter la r alisation Commande et simulation d un robot quatre articulations 18 Projet de fin d tudes ISET Nabeul 2 sp cification selon Ward amp Miller a diagramme de contexte
10. Il mod lise ce que fait un syst me sans s occuper de la fa on ou du moment ou il le fait e Les traitements et les flots de donn es Le traitement transforme les valeurs de donn es Un flot de donn e relie la sortie d un objet ou d un traitement 1 entr e d un autre traitement Il repr sente une valeur de donn e interm diaire dans un calcul La valeur n est pas chang e par le flot de donn e e Les acteurs et les r servoirs de donn es Un acteur est un objet actif qui dirige le graphe de flots de donn es en produisant ou en consommant des valeurs Les acteurs sont attach s aux entr es et aux sorties d un diagramme flot de donn es Un r servoir de donn es est un objet passif l int rieur d un diagramme flot de donn es qui stocke des donn es pour un acc s ult rieur A la diff rence d un acteur un r servoir de donn es n engendre pas d op rations par lui m me mais r pond simplement des requ tes pour stocker les donn es et y acc der e Les diagrammes de flot de donn es Un diagramme de flot de donn es montre les relations fonctionnelles entre les valeurs calcul es par un syst me y compris les valeurs entrantes les valeurs sortantes et les r servoirs de colonnes internes C est un graphe qui montre le flot des valeurs de donn es partir de leur source dans l objet en passant par les traitements qui les transforment vers leur destination dans d autres obje
11. Projet de fin d tudes ISET Nabeul INTRODUCTION Dans les entreprises manufacturi res des t ches p nibles r p titives r alis es par des op rateurs humains peuvent tre avantageusement confi es des syst mes m caniques articul s SMA dont la dext rit est sans galer celle de l homme suffisamment proche de celui ci pour ex cuter des mouvements assez complexes L emploi de ces dispositifs s av re d ailleurs n cessaire pour des t ches d intervention inaccessibles ou fort risqu s pour l homme et ils sont de plus en plus pr sents aussi bien en milieu industriel qu en ducation Dans ce cadre l Institut Sup rieur des Etudes Technologiques de Nabeul nous a propos un projet de fin d tudes qui consiste r aliser une interface de commande d un robot quatre articulations Dans la premi re partie de ce rapport nous proc derons une description du robot et de son environnement le robot T45 Le module de commande T45 le bo tier d alimentation et de la communication entre le robot et l ordinateur La sp cification et la conception de l application ainsi que la mod lisation feront l objet de la deuxi me partie La troisi me et derni re partie sera consacr e la r alisation nous pr senterons l environnement de travail et l implantation de l application Un manuel d utilisation sera livr le jour de la soutenance Commande et simulation d un robot quatre art
12. ailleurs la mod lisation g om trique du SMA consiste tablir la relation entre les coordonn es articulaires et les coordonn es cart siennes Dans notre cas le robot T45 est compos de trois rotations dont une perpendiculaire et deux parall les RLR R 2 Notions de mod lisation La mod lisation est d crite dans un rep re affine orthonorm R A O N fixe qui est le r f rentiel li la base du SMA Ro De m me on associe un R A O N l organe terminal fix sur le dernier solide du SMA Il sera d sign par Ri 1 Dans ce projet on utilise la mod lisation de type dynamique qui prennent en compte en plus les caract ristiques g om triques du SMA les caract ristiques inerties de ces solides Le syst me est compos de n 1 corps n articulations Le corps So d signe la base du robot et le solide S porte POT a M thode Denavit Hartenberg e On commence par repr senter le SMA dans une configuration particuli re la plus simple possible Commande et simulation d un robot quatre articulations 9 Projet de fin d tudes ISET Nabeul e On num rote les axes A 1 1 n autour desquels s effectuent les mouvements relatifs des solides e D origine O du rep re R est situ sur laxe A iet il est confondu avec le pied de la L commue aux axes A et Aji Si ses axes sont confondus ou parall les on choisit arbitrairement O sur A e Le vecteur X de A a pour support la L commune
13. aux axes A et A et il est orient de A vers A Si les deux axes sont confondus ou parall les le support de Fai est L laxe A ou bien le point O 1 ES e Ziy de R a pour support laxe A et on choisit arbitrairement son orientation gt gt Yin Zin Xi b Mod le G om trique Direct MGD o D finition Le MGD est la fonction F qui permet d exprimer la situation de l organe terminal du robot en fonction de la configuration du robot lui m me On appelle MGD d un robot industriel la relation suivante X F q F q q2 qn tel que q est le vecteur de configuration du SMA le syst me contient n articulation de type R ou P o M thode de calcul du MGD Elle se d compose selon les tapes suivantes e Description du SMA e Mise en place it rative des rep res affines associ s aux solides constituant le SMA e Ftablissement des param tres de tableau de D H e Calcul des matrices du passage homog ne M P H l mentaire oies Li Commande et simulation d un robot quatre articulations 10 Projet de fin d tudes ISET Nabeul e Calcul de la M PH globale To n To 1 T1 2 T2 3 Tone e Nous aurons comme r sultat les identit s suivantes e Position de O par rapport Ro e L orientation de R 3 Mod le g om trique direct Xo q Param trage de Denavit Hartenberg Commande et simulation d un robot quatre articulations 11 Projet de fin d tudes ISET
14. d e de rem dier ce probl me tait tardive 2 Probl matique Le module de commande 45000 offre huit entr es ainsi que huit sorties num riques nous devons alors communiquer avec la carte avec ses entr es sorties pour la fois la commander et en recevoir les donn es Le robot dispose de quatre capteurs de position qui indiquent la position de la base de l paule du coude et du poignet les plages de valeurs sont les suivants e Base de 7 3V 7 3V e Epaule de 5V 5V e Coude de 7V 7V e Poignet de 2 34V 2 34V Pour avoir une pr cision optimale nous devons respecter les 1023 positions que le robot est capable d assurer pour chaque bras 3 Conception de la carte Une premi re solution serait d utiliser le circuit ADS7806 c est un convertisseur analogique num rique 12 bits d une plage d entr es de 10V il comporte une interface pour microprocesseur et des sorties s ries et parall les ce qui le rend facilement interfa able Il poss de huit sorties parall les et une entr e de commande pour s lectionner l octet mettre Mais vu l absence de ce circuit ou l un de ses quivalents dans le march tunisien nous utiliserons un montage base du convertisseur ADCO808 Le circuit ADCO808 est un convertisseur analogique num rique 8 bits d une plage d entr e de 0 5V et comportant un multiplexeur analogique huit canaux command par trois entr es d adresses Co
15. donn es SYMBOLE SIGNIFICATION Compos de Regroupement sans ordre I ou Ou exclusif s lection It ration non born e variantes a p It ration de n p at It ration d au moins n lp It ration d au plus n a Yi It ration d exactement n Optionnel quivalent D limite l expression litt rale d une donn e Lee D limite un commentaire Commande et simulation d un robot quatre articulations 52 Projet de fin d tudes ISET Nabeul BIBLIOGRAPHIE o Rapport de projet de fin d tudes Pr 7 93 Commande d un bras de robot didactique par micro ordinateur R alis par AMARA Nabil Encadr par Mr CHAABEN Meher o Robotique aspects fondamentaux J P LALLEMAND S ZAGHLOUL Edition Masson o Mod les des robots manipulateurs B GORLA M RENAUD Edition Cepadues o Programmation C orient objet Edition micro application o OMT Mod lisation et conception orient es objet J RUMBAUGH o Syst mes temps r el J P PEREZ Edition Bordas o Site du laboratoire de robotique mobile du GIT http www cc gatech edu aimosaic robot lab MRLHome html Commande et simulation d un robot quatre articulations 53
16. e lt D gt V rifier d placement Extraction du type de la commande Diagramme d tat transition interpr ter commande Commande et simulation d un robot quatre articulations ISET Nabeul 25 Projet de fin d tudes ISET Nabeul h Diagramme d tat transition commande robot Commande temps r el lt D gt former Trame Formation de la trame de commande Trame form e lt D gt envoyer Trame Emission de la trame Fin mission ar R ponse_ chec lt D gt v rifier M A ne Eur mission lt D gt envoyer pans trame V rification R ponse_ok Diagramme d tat transition commande robot Commande et simulation d un robot quatre articulations 26 Projet de fin d tudes ISET Nabeul i Diagramme tat transition simuler Simulation lt D gt mettre jour apprentissage lt D gt calculer position Calcul de la position courante Mise jour de l apprentissage Fin calcul lt D gt rafra chir affichage Affichage Diagramme d tat transition simuler Commande et simulation d un robot quatre articulations 27 Projet de fin d tudes ISET Nabeul j dictionnaire de donn es Caract re de commande Commande Simuler Commander Interpr ter D placement Organe Trame de commande Commande temps r el Simulation Fin simulation Param tres simulation Trame r ponse R ponse_ok R ponse_echec Fin mission Etat
17. e la r alisation d applications sous Windows Dans le cadre de ce travail nous avons mod lis le robot T45 sp cifi l application avec la m thode SART et l avons con ue en s appuyant sur le mod le OMT Au niveau de la programmation nous avons implant notre application sous Microsoft Visual Basic 6 0 assurant ainsi la commande et la simulation du robot T45 Nous pouvons sugg rer en terme de perspective de ce travail d int grer le robot T45 avec d autres applications automatis es didactiques fin de former une application automatis e didactique proche de celles industrielles Commande et simulation d un robot quatre articulations 47 Projet de fin d tudes ISET Nabeul Commande et simulation d un robot quatre articulations 48 ANNEXES ISET Nabeul R gles de sp cification e Composants des sch mas de transformations ST L aspect fonctionnel du mod le de comportement est repr sent l aide des outils de l analyse structur e avec l extension des flots de donn es continus ou discrets dans le temps et dont les repr sentations sont les suivantes entree de ro repr sentation d un flot de donn e continu repr sentation d un flot de donn e discret Identificateur de flot gt repr sentation d un flot d v nement transformation de donn es Flot d entr e Flot de sortie Repr sentation de transformation de donn es
18. entons OMT connue pour sa simplicit et sa maintenabilit En plus nous pr sentons les diff rents mod les de notre conception b M thodologie de conception La technique de mod lisation par objet Object Modeling Technique ou OMT est une m thode de mod lisation caract ris e par son aspect orient objet et par sa simplicit Une conception OMT se compose de e le mod le objet e le mod le dynamique e le mod le fonctionnel o Le mod le objet Le mod le objet pr sente l aspect statique d un syst me en montrant ses objets les relations entre ces objets ainsi que les attributs variables et les m thodes fonctions qui caract risent classe d objet La construction d un syst me se base sur les objets et non pas sur les fonctionnalit s car un mod le orient objet correspond au mod le r el Par cons quent les modifications sont plus souples r alis es Le mod le objet offre une repr sentation graphique intuitive d un syst me et permet de communiquer facilement avec les clients e Objets et classes Les objets Commande et simulation d un robot quatre articulations 29 Projet de fin d tudes ISET Nabeul Un objet est une abstraction ayant des limites tr s claires et un sens pr cis dans le contexte du probl me tudi Chaque objet a une identit et peut tre distingu des autres Les classes Les objets d une classe ont le m me type de comportement et les m mes
19. es transformations de donn es primitives mais elles peuvent produire en sortie des flots de donn es ou d v nement toute transformation primitive de flot de donn e continu doit tre explicitement activ e ou d sactiv e Commande et simulation d un robot quatre articulations 50 ANNEXES ISET Nabeul une transformation de donn e primitive peut ex cuter un contr le sur l environnement par la biais d un flot d v nement en sortie Le tableau suivant r sume l ensemble des connexions possibles toutes les transformations de donn es du tableau sont consid r es comme primitives vers transf de transf de stock stock bord de contr le contr le de donn es v nement transf de E gt gt donn e transf de NID gt AID gt Interdit Interdit donn e ES stock 2j Interdit Interdit Interdit Interdit v nement stock Interdit Interdit Interdit Interdit v nement bord gt Interdit gt Interdit Connexion Autoris e Par activ desac A IJD gt Par flot de donn e discret p Par flot d v nement gt Par flot de donn e continu Commande et simulation d un robot quatre articulations 51 ANNEXES ISET Nabeul e Sp cification des donn es compos es La sp cification des donn es compos es utilise une notation syntaxique stricte dite dictionnaire de
20. iculations 1 Projet de fin d tudes ISET Nabeul CAHIER DES CHARGES Commande d un robot quatre articulations Le sujet consiste concevoir un programme qui permet la commande d un robot quatre articulations Ce programme doit permettre la simulation graphique des mouvements du robot ensuite il doit passer l tape d ex cution r elle des mouvements d j simul s Le mat riel existant e Un robot T45 e Une interface de puissance qui communique avec l ordinateur travers l interface s rie suivant un protocole sp cifique Cette interface de puissance transmet les ordres vers le robot suivant les commandes mises par le port s rie de l ordinateur Un programme en GW Basic est aussi disponible il r alise tous les mouvements possibles des articulations du robot Commande et simulation d un robot quatre articulations 2 Projet de fin d tudes ISET Nabeul PREMIERE PARTIE Etude de l existant Commande et simulation d un robot quatre articulations 3 Projet de fin d tudes ISET Nabeul I Description g n rale du robot et de ses modules Le robot T45 est associ d autres modules qui forment ensemble un petit quipement robotique constitu par L 2 3 4 un robot de r f rence Tergane45 un module de commande r f rence 45000 un bo tier d alimentation un micro ordinateur 1 Le robot T45 Le robot est capable d assurer cinq mouvements Q
21. ion Dans VB 6 chaque classe est d clar e dans un module de classe dans un fichier s par qui contient la d claration des propri t s l implantation des m thodes et des v nements de la classe 2 Environnement de travail L environnement de programmation utiliser pour l implantation de l application est Microsoft Visual Basic 6 0 vue la simplicit et l efficacit de ce langage en la conception d interfaces graphiques sous Microsoft Windows 9x et le faite que c est le seul outil de programmation sous Microsoft Windows 9x int gr notre plan d tudes 3 Implantation des classes a Classe Robot o Propri t s Public Port As Byte Public BBase As Bras Public BEpaule As Bras Public BCoude As Bras Public BPoignet As Bras Public TPince As Terminal Public BrasActif As MbrActif o Les m thodes e Reset Public Sub Reset BBase Valeur 0 R initialise la base BrasActif MbrBase Deplacer FrmMain mTimer lnterval 100 BEpaule Valeur 0 R initialise l paule BrasActif MbrEpaule Commande et simulation d un robot quatre articulations 42 Projet de fin d tudes ISET Nabeul Deplacer BCoude Valeur 0 R initialise le coude BrasActif MbrCoude Deplacer BPoignet Valeur 0 R initialise le poignet BrasActif MbrPoignet Deplacer TPince Valeur 511 Ferme la pince TPince Fermer TPince Valeur 0 BrasActif MbrBase End Sub e Activer bras Pub
22. lic Sub Activer BrasSelect As MbrActif BrasActif BrasSelect End Sub e D placer Selon la valeur de BrasActif cette m thode fait appel la m thode D placer du bras actif Dans le cas de l organe terminal on fait appel soit la m thode Fermer ou soit la m thode Ouvrir de la pince Public Sub Deplacer Select Case BrasActif Case MbrBase BBase Deplacer Case Mbr paule BEpaule Deplacer Case MbrCoude BCoude Deplacer Case MbrPoignet BPoignet Deplacer Case MbrPince If TPince Ouvert Then TPince Fermer Else TPince Ouvrir End If End Select End Sub Commande et simulation d un robot quatre articulations 43 Projet de fin d tudes ISET Nabeul b Classe Bras o Propri t s Public CodeBras As String Public BrasPrecedent As Bras Public Longueur As Byte Public Largeur As Byte Public Profondeur As Byte Public AngleLibert As Integer Public Valeur As Integer Public Ancienne Valeur As Integer Public PositionX As Integer Public PositionY As Integer Public PositionZ As Integer o Les m thodes e D placer Public Sub Deplacer Dim StrCommande As String Cha ne de commande Dim i As Byte FrmMain mTimer lnterval 2 D lai entre l mission de deux caract res successifs StrCommande CodeBras If Valeur gt 0 Then StrCommande StrCommande amp End If If Abs Valeur lt 100 Then StrCommande StrCommande amp 0 If Abs Valeur lt 10 Then StrCommande StrCommande amp
23. mmande et simulation d un robot quatre articulations 38 Projet de fin d tudes ISET Nabeul Pour son fonctionnement le ADC0808 n cessite une horloge d entr e qui sera assur e par un circuit NE555 voir sch ma qui va g n rer une fr quence de 600 KHz ADC0808 depuis les capteurs du robot vers les entr es du module de commande depuis les sorties du module de commande VCC GND 820 pF Sch ma de principe Puisque la plage des valeurs des capteurs du robot varie entre 7 3V et 7 3V et que les entr es du DAC0808 ont une plage d entr e de 0 5V seulement les valeurs des capteurs doivent tre adapt es au convertisseur Pour ce faite les valeurs des capteurs passeront travers un comparateur puis un inverseur si la tension est n gative et enfin un diviseur ram nera les tensions des tensions entre 0 et 5V selon le sch ma suivant Commande et simulation d un robot quatre articulations 39 Projet de fin d tudes ISET Nabeul commutateur Vers ADC0808 diviseur inverseur masse Commande et simulation d un robot quatre articulations 40 Projet de fin d tudes ISET Nabeul TROISIEME PARTIE Implantation Commande et simulation d un robot quatre articulations 41 Projet de fin d tudes ISET Nabeul I Aspect logiciel 1 Introduction Dans cette section nous allons pr senter la fa on avec laquelle nous avons implant notre applicat
24. ne tension 15V et un courant 1 5A e une tension 15V et un courant 1 5A e une tension 5V et un courant 3A e protection secteur par fusible II Communication robot ordinateur 1 Param tres de transmission Sept straps permettent de param trer la transmission e 4 vitesse de 50 9600bauds e 5 nombre de bits de stop 1 ou 2 e 6 parit paire ou impaire e 7 parit avec ou sans 2 Principe de fonctionnement Cycliquement le microprocesseur du module de commande vient lire les param tres de transmission si un strap est modifi un sous programme permet de mettre jour les param tres du Timer si aucune modification n est d tect e le module n est pas actif Le module de commande passe par quatre tats Etat 1 attente de cinq caract res formant une commande Etat 2 renvoi des cinq caract res re us LF RC Etat 3 analyse synoptique et s mantique de la commande et renvoi d un message Etat 4 ex cution de la commande si elle est correcte 3 Messages mis par la carte 45000 A la mise sous tension apr s une remise z ro ou chaque changement de param tres la carte envoie le message PRET A LA SUITE D UNE MISE SOUS TENSION OU D UN CHANGEMENT DE PARAMETRE Commande et simulation d un robot quatre articulations 6 Projet de fin d tudes ISET Nabeul A la suite d une commande issue du calculateur ma tre le module de commande envoie e les m mes ci
25. nq caract res de commande re us e le message MESSAGE CORRECT ou MESSAGE INCORRECT 4 Commande du robot Les commandes du module 45000 sont toujours cod es sur cinq caract res ASCII selon les r gles suivantes o Premier caract re l ment commander B Base E Epaule C Coude D Diff rentiel 1 non actif dans la version actuelle du robot F Diff rentiel 2 actuelle rotation de poignet P Pince S Sorties I Entr es X Interdiction du mode cho o Deuxi me caract re signe indiquant le sens de d placement signe positif signe n gatif o Les trois derniers caract res Valeur ASCII du d placement absolu Valeur minimale 0 Valeur maximale 511 Commande et simulation d un robot quatre articulations 7 Projet de fin d tudes ISET Nabeul DEUXTEME PARTIE Etude th orique Commande et simulation d un robot quatre articulations 8 Projet de fin d tudes ISET Nabeul I Introduction Dans cette partie nous allons proc der une tude th orique de notre application et de son environnement Tout d abord nous allons mod liser le robot T45 puis sp cifier et concevoir l application II Mod lisation du robot 1 Introduction Lors de l ex cution d une t che la principale fonction du SMA Syst me M canique Articul d un robot industriel est de positionner et orienter correctement dans l espace l organe terminal O T d
26. nt en boucle ouverte e huit entr es e huit sorties a Mouvements asservis Les caract ristiques primaires du robot sont modifi es En effet des valeurs limites sont fix es lectroniquement gr ce au module 45000 qui exprime par exemple les limites des rotations angulaires e le d placement de la base devient 261 e le d placement de l paule devient 85 e le d placement du coude devient 249 e le d placement du poignet devient 180 b Mouvement en boucle ouverte La tension de commande mise par la carte permet de contr ler la vitesse du mouvement non asservi pince c Entr e Sorties Huit entr es et huit sorties tout ou rien logiques sont disponibles et permettent la communication avec des l ments ext rieurs au robot d Les principaux caract ristiques de la carte 45000 e Permet la commande de quatre mouvements asservis avec une tension de commande 12V et une tension de recopie de 10V Permet la commande d un mouvement non asservi avec une tension de commande 12V Permet la r ception de huit entr es avec OV pour le niveau actif et 5V pour le niveau passif Permet la commande de huit sorties logiques La carte donne une alimentation de 15V et 5V Commande et simulation d un robot quatre articulations 5 Projet de fin d tudes ISET Nabeul 3 Bo tier d alimentation Il permet partir du secteur 110V S0HZ ou 220V SOHZ d alimenter le module 45000 avec e u
27. ons ce sur quoi elles op rent ou la fa on dont elles sont implant es e Les v nements Un v nement est quelques chose qui produit un moment donn dans le temps Il n a pas de dur e instantan Un v nement peut proc der ou suivre un autre Chaque v nement est une occurrence unique e Les tats Un tat est une abstraction des valeurs des attributs et des liens d un objet Des ensembles de valeurs sont group s dans un tat selon les propri t s qui affectent le comportement d ensemble de l objet Un tat correspond l intervalle entre deux v nements re us par l objet Les v nements repr sentent un point dans le temps Un tat est g n ralement associ une activit qui prend un temps d ex cution e Les diagrammes d tats Un diagramme d tat relie des v nements deux tats Quand un v nement est re u l tat suivant d pend de l tat courant autant que de l v nement Une modification d tat provoqu e par un v nement est appel e transition Un diagramme d tat est un graphe dont les n uds sont des tats et les arcs sot des transitions d sign es par les noms d v nements Etat i 1 Faire Diagramme d tat Commande et simulation d un robot quatre articulations 31 Projet de fin d tudes ISET Nabeul o Le mod le fonctionnel Le mod le fonctionnel d crit les aspects relatifs aux transformations des valeurs
28. robot Stockage trame Apprentissage Anciennes position Commande et simulation d un robot quatre articulations BICIEIFIIIPISIXI 1 10 9 Simulation Commander D placement bit de pr cision pour la simulation sur cran bit de pr cision pour la commande du robot demande d interpr tation de la commande re ue valeur num rique du d placement BICIEIFITIIPIS 5 Caract re de commande 5 demande de commande du robot demande de simulation sur cran fin de la simulation param tres permettant de rafra chir l cran caract re de commande MESSAGE CORRECT MESSAGE INCORRECT v nement produit si mission est correcte v nement produit si erreur d mission v nement indiquant la fin de l mission zone de stockage pour les diff rents tats du robot zone de stockage pour communiquer entre le processus former trame et les processus envoyer trame et v rifier mission Zone de stockage pour la liste d apprentissage Zone de stockage pour l ancien tat du robot 28 Projet de fin d tudes ISET Nabeul IV Conception 1 Id e sur l orient objet a Introduction La phase de conception est l une des phases les plus importantes dans le cycle de vie d un logiciel car c est d elle que d pendent toutes les tapes qui suivent Une bonne conception gt un bon produit Dans ce chapitre nous pr s
29. t de fin d tudes ISET Nabeul End Sub II Perspectives A cause de l absence de la documentation de la carte de puissance module de commande nous proposons la r alisation d une carte base de microcontr leur pour remplacer celle existante fin de pouvoir mieux exploiter le robot Cette carte pourra r aliser les t ches suivantes e commander le d placement du robot e informer le PC sur l tat du robot et la position des diff rentes articulations e offrir des entr es sorties logiques ou m me analogiques Cette carte peut invoquer des ventuelles am liorations l application on pourrait alors commander le robot en boucle ferm e c est dire avoir la possibilit de v rifier la position des articulations du robot apr s une commande de d placement pour en assurer le bon fonctionnement Une autre am lioration peut tre apport e l application nous pourrions r aliser la simulation du robot en trois dimensions au lieu d une simulation plane en pr sence d une biblioth que de l environnement de travail facilitant des repr sentations graphiques rapides et fluides Commande et simulation d un robot quatre articulations 46 Projet de fin d tudes ISET Nabeul CONCLUSION Au terme de ce projet de fin d tudes nous soulignons l occasion qui nous a t offerte de s approfondire dans le domaine de la robotique domaine tr s en vogue dans l industrie d aujourd hui et d
30. tionnelles n le nombre de coordonn es articulaires Il s agit de r soudre le probl me par rapport aux qi q f X est un syst me de m quations n inconnus Commande et simulation d un robot quatre articulations 15 Projet de fin d tudes ISET Nabeul Dans notre cas nous allons travailler en deux patries l une Fig2 pour la base et l autre Figl pour l paule et le coude Le robot T45 poss de RLR R donc m n 3 O2 Oo Fig1 Y P gt q X Oo Fig2 Manipulateur 3R spatial Commande et simulation d un robot quatre articulations O00 L 020 L OP L Projet de fin d tudes ISET Nabeul En se basant sur la Fig1 on obtient q O P O O3 02 O2 03 q q X4 La projection de la relation vectorielle sur Y et Z donne les deux quations suivantes X L2 Cq2 L3 C q2 q a X2 L2 Sq2 L3 S q2 q b 1 En plus ona X4 q2 q c En reportant l expression c dans a et b on se ram ne un syst me de deux quations deux inconnus L2 Cq X L3 CX4 Y a L2 Sq2 X2 L3 S X4 Z b Y et Z sont les coordonn s de Oz x bF on limine l inconnu q2 L22 L32 2L2 L3 Cq3 Y 22 On pose r Y 7 0203 _r2 L2 L3 2 L2 L3 r2 L22 L3 gt q3 ArcCos 0 lt a lt T 2 L2 L3 Cq3 avec q3 Q Reprenons le syst me 1 en d veloppant C q2 q3 et S q2 q3 L2 L3 Cq3 cq
31. ts Remarque dans notre conception nous nous int ressons seulement aux mod les objet et dynamique parce que l aspect fonctionnel est d j d crit par la sp cification S A R T Commande et simulation d un robot quatre articulations 32 Projet de fin d tudes ISET Nabeul 2 Mod le objet a Classe Robot Port entier Base bras Epaule bras Coude bras Poignet bras Pince Terminal Bras actif type num r TestCOM Reset Activer bras D placer Simuler o Les attributs Port port COM sur lequel est connect le robot Base l organe base du robot Epaule l organe paule du robot Coude l organe coude du robot Poignet poignet du robot Pince l organe terminal du robot BrasActif pr cise l organe actif o Les m thodes TestCOM v rifie si la communication entre l ordinateur et le robot Reset r initialise le robot Activer bras modifie l organe actif D placer envoie une commande de d placement au robot fait appel au bras actif Simuler rafra chit l tat du robot sur l cran Commande et simulation d un robot quatre articulations 33 Projet de fin d tudes b Classe Bras o Les attributs ISET Nabeul CodeBras cha ne BrasPr c dent bras Longueur entier Largeur entier Profondeur entier AngleLibert entier Valeur r el Ancienne Valeur r el PositionX r
32. uatre mouvements asservis base paule coude et poignet la commande de chaque mouvement est r alis e par un bloc moto r ducteur aliment par une tension de 12V La tension recopie cha ne de retour est form e par un potentiom tre rotatif lin aire fix sur le bloc moto r ducteur Ce potentiom tre est aliment par une tension de 10V Le mouvement en boucle ouvert est celui de la pince La commande est identique aux mouvements pr c dents sauf qu il n a pas de potentiom tre de recopie Les principaux caract ristiques de ce robot sont le moteur de chaque articulation est courant continu de puissance 2 5 Watt aliment par 12V les potentiom tres de chaque articulation sont couche plastique leur tension de r f rence est 10V le d placement maximal de la base est de 293 le d placement maximal de l paule est de 107 le d placement maximal du coude est de 284 le d placement maximal du poignet est de 360 pour la pince arr t automatique par microswitch lors de l ouverture vitesse de fermeture r glable Commande et simulation d un robot quatre articulations 4 Projet de fin d tudes ISET Nabeul 2 Module de commande 45000 Le module de commande permet par l interm diaire de n importe quel calculateur poss dant une interface s rie RS232 ou un kit de d veloppement de commander et de contr ler e quatre mouvements asservis e un mouveme
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