Dans cette partie du site nous allons traiter de la programmation hors ligne(PHL) et du maintien des performances d'un robot industriel. Le document présenté ci-après s'appui dans sa totalité sur un article initialement présenté par la société KRYPTON FRANCE. Introduction (>) Quest ce qui fondamentalement caractérise un robot industriel
?
Si en fait ces deux concepts sont indissociables pour caractériser un robot industriel, lapplication reste lélément clé de toute réflexion robotique. Et pour tout projet industriel, lapplication est le point de départ de létude de lingénieur roboticien. Alors que la robotique industrielle est née en 1963, il aura fallu attendre les années 80 pour tenter par voie de normalisation déclaircir ce qui se cachait derrière ces mots. Le plus important dentre eux est sans nul doute celui de performance. Cest ce dernier qui a imposé le plus deffort de réflexion aux normalisateurs. Pour bien comprendre les contraintes de la Programmation Hors Ligne (PHL), il faut passer en revue, tous les éléments compris dans ce terme «performance», et tout particulièrement les notions de répétabilité et de précision, source de bien des confusions. Mais une installation réussie est une installation dont on sait maintenir les performances dans le temps. Une bonne maintenabilité se prépare en même temps que la conception générale de linstallation, au même titre que par exemple les opérations de maintenance dune automobile, aujourdhui prévues dès létude du véhicule. Il ne faut donc jamais perdre de vue que toutes les contraintes qui seront à prendre en compte lors de létude de linstallation sont directement issues de lapplication. La robotique sest développée à partir des applications. Les plus grandes évolutions se sont faites autour de celles ci , et en particulier de celles dont les paramètres étaient les mieux dominés, ou pour lesquelles une recherche intense a été menée pour mieux les discipliner. I. Rappel sur les origines de la PHL. (< =^= >) A. POURQUOI LA PHL ? Notons de façon anecdotique, que dans le cas de lutilisation
dun syntaxeur, nous nous situons dans un contexte de programmation
hors ligne; et donc, dès 1975, les utilisateurs de ces systèmes
ont pris conscience de limportance du respect des cotes des différents
éléments constitutifs dune installation. Quant il fallut sattaquer à des applications tel le soudage à larc, la situation empira. Non seulement les performances des robots étaient insuffisantes, mais les fonctions de programmation aussi. En faisant évoluer ces dernières, les pupitres devinrent des monstres de moins en moins maniables, les temps nécessaires à la programmation augmentèrent. De plus, les aspects sécurité étaient souvent oubliés, pour ne pas dire ignorés. Le concept de la programmation hors ligne apparut donc naturellement. En résumé, la Programmation Hors Ligne apparut pour:
B. LES ESPOIRS DÉÇUS C. POURQUOI ? Diverses tentatives damélioration se sont avérées insuffisantes, comme des réglages de zéro codeurs, des piétages, etc. car, dautres facteurs, insoupçonnés jusquà présent, faute de moyens de mesure venaient perturber des analyses trop incomplètes. La constatation finale est claire: Le temps global nécessaire pour réaliser une programmation hors ligne est égal ou parfois supérieur à celui dune programmation traditionnelle. Cependant, le temps dindisponibilité de linstallation est sensiblement diminué, et le gain financier résultant non négligeable. La PHL est une évolution naturelle de la programmation traditionnelle.
Elle peut se réaliser sous différentes formes, par une programmation
à partir dun syntaxeur, à partir dun autre robot,
en analytique pur, ou à partir dun système informatique
de simulation. Lexpérience des pionniers de la PHL a
montré que des précautions ou des moyens complémentaires
devaient être pris. II. Conditions à remplir pour réussir une PHL ? (< =^= >) Idéalement, linstallation doit être identique au
modèle de simulation. Cela veut donc dire que:
Ces conditions idéales ne pouvant quexceptionnellement être
respectées, on devra suivre une démarche rigoureuse. A. QUAND DOIT-ON ABORDER LA PHL ?
De cette analyse initiale, on en déduit les contraintes spécifiques
liées au projet abordé, et donc les moyens à mettre
en oeuvre. B. LES CONDITIONS ESSENTIELLES A RESPECTER Ensuite, il faut procéder à la définition du ou des volumes de travail dans lequel le robot aura à évoluer. Comme les caractéristiques en précision dun robot se dégradent tout particulièrement à lapproche des limites dévolution des axes, il faut prendre soin de choisir un robot dont lenveloppe de travail est nettement supérieure au volume réel requis par lapplication. Un soin particulier sera apporté à létude
et à la réalisation des sols supports des robots et de leurs
accessoires environnementaux. Un mouvement du socle du robot de 0,1mm
peut se traduire au niveau de loutil par une erreur de 0,5 mm et
plus. Etc. La connaissance des conditions à remplir pour lemploi dune PHL est le meilleur garant de la réussite. Ces conditions permettent de décider non seulement quelle sera la conception générale du site, les précautions à prendre lors de son montage mais aussi si un étalonnage est nécessaire. Le soin apporté à la préparation de létalonnage
est aussi un facteur de succès. Elle permettra surtout comme nous
le montrerons ensuite de limiter les temps dintervention sur site,
donc le temps dindisponibilité de celui ci. Nous devons noter
quen dehors de certaines applications de manutention, dans la
plupart des cas un étalonnage simpose. III. Lapport du contrôle en dynamique des caractéristiques dun robot industriel. (< =^= >) A. LES PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES DUN
ROBOT INDUSTRIEL
B. LES MOYENS DE CONTROLE Cependant, lexpérience a montré que les essais ISO sont parfois insuffisants pour totalement caractériser un robot par rapport à une application. En effet, pour une application donnée, le roboticien doit faire face à des trajectoires particulières, des vitesses et des charges spécifiques. Parfois aussi, des points darrêt peuvent présenter des particularités par leurs positions dans lespace, par la trajectoire et la vitesse dapproche, le dépassement autorisé ou non, le temps de stabilisation. Enfin, il est souvent important de savoir déterminer le vrai temps de cycle, ce que ne peuvent pas toujours donner les systèmes de simulation robotique. Des logiciels complémentaires ont donc été crées pour répondre à ces cas de figure. Ils donnent à lopérateur un total choix dans ses trajectoires et ses procédures dessais de façon à coller à ses besoins réels. Parmi ces essais complémentaires, nous citerons aussi lessai
dHystérésis. Il est indispensable pour mesurer les
jeux mécaniques. Accompagné dun essai sur lerreur
de dépassement, il permet de montrer le comportement dun
robot en fonction de létat de sa mécanique à
un instant "t". Cest donc lun des outils nécessaire
en suivi de maintenance.
Tous ces systèmes permettent de travailler en dynamique.
Certains se limitent à un plan comme les tablettes; les émetteurs-récepteurs
laser se contente de vérifier un déplacement sur une droite,
de même pour les capteurs de proximité. Les autres solutions
autorisent de large déplacement dans lespace, lutilisation
de trois caméras associées permet une mesure en 6 dimensions,
cest à dire que la mesure comprendra non seulement la position
spatiale, mais aussi lorientation. Les systèmes à
fil présentent linconvénient de nécessiter
un contact avec le robot et donc dans certaines circonstances dinfluencer
les résultats des mesures. On possède aujourdhui une gamme de produit en métrologie
statique et dynamique sans contact qui permet de parfaitement qualifier
un robot dans tous ses comportements typiques:
La métrologie dynamique sans contact prend toute sa dimension
par exemple lors de la mesure des jeux mécaniques car le système
de mesure lui-même ne perturbe pas le résultat. Ces moyens ouvrent de nouvelles perspectives qui ont pour certaines déjà prouvées leur valeur. Elles sont décrites dans les paragraphes suivants. IV. Létalonnage robotique et le recalcul de trajectoire. (< =^= >) Selon lapplication , la conception de linstallation, les
moyens mis en oeuvre et le but recherché, létalonnage
robotique senvisage sous différents angles. Parfois cest
le robot qui sera traité, parfois son environnement, mais de plus
en plus, cest lensemble de linstallation qui est pris
en compte, grâce aux nouveaux équipements précédemment
cités, et à la mise au point de logiciels et de procédures
adaptés. Cest donc ce dernier cas, le plus général
que nous traiterons, les deux A. LA PROCÉDURE GÉNÉRALE
B. LA PRÉPARATION
Toutes ces trajectoires, simples, pourront être transférées
classiquement dans la baie de commande du robot. Il est aussi possible
dans le cas dinstallations nouvelles, de prévoir sur sa CAO
robotique les accès et lemplacement des caméras, les
fixations des cibles infrarouge sur loutil monté sur le robot
ainsi que les points de mesure sur lenvironnement. En procédant
ainsi, on peut totalement simuler la procédure détalonnage
au même titre que la simulation du travail effectué par le
robot. C. LES MESURES DÉTALONNAGE
Le diagnostic comportemental est indispensable à plusieurs titres.
Il permet déviter de poursuivre les opérations si
une anomalie grave est détectée, par exemple des jeux excessifs,
un rapport de démultiplication erroné. On cherchera aussi
à se situer le plus près possible des conditions réelles
dexploitation de la machine, en fonction de lapplication (volume
de travail, charge,....). Cette vérification permet aussi de choisir
la suite de la procédure. La plus simple et la plus courante
est basée sur la méthode danalyse des axes indépendamment
les uns des autres. Cette méthode sapplique à tout modèle de robot
au comportement «sain», cest à dire dont
les flexibilités mécaniques sont limitées et majoritairement
prévisibles. Au cas ou le robot sort de ce contexte, les mesures
sont menées à partir de fausses matrices de points qui sont
déterminées à partir du diagnostic et du résultat
escompté. Pour le robot, les mesures détalonnage pures sont menées de la même manière que les vérifications, mais à partir des trajectoires spécifiques. Lenvironnement est traité à laide dune sonde portable auto étalonnée. Cette sonde travaille en 6D, ce qui permet à lopérateur de réaliser les mesures rapidement avec peu de précaution. De cette façon, le système de contrôle de performance robotique et détalonnage devient une machine à mesurer dont la précision de mesure est denviron 2 à 3/10 de mm à une distance de mesure de 2,5 m environ. D. LA VÉRIFICATION E. LES ERREURS Toutes ces erreurs ne sont pas de même poids, ce poids varie dun
robot à un autre, il varie aussi en fonction de la conception de
linstallation et des moyens choisis dans sa réalisation.
La prise en compte derreurs plutôt que dautres dépend
aussi du résultat recherché. Les principaux paramètres concernés sont:
F. LES FILTRES DE RECALCUL DES TRAJECTOIRES Quand la flexibilité est excessive, et surtout lorsque le modèle
géométrique est «instable», le filtre est
alors basé sur une matrice de points dont la définition
varie selon le volume de travail et les prétentions en terme de
résultat. Aujourdhui, les moyens et les procédures détalonnage
robotique dans lindustrie sont une réalité. Cest
de nouveau lapplication qui est le guide dans le cadre de ces actions.
Une réponse existe pour presque tous les cas de figure classique.
A titre indicatif, nous pouvons citer les chiffres suivants: Dans un volume de travail de 1 m3, pour un robot dont la précision
dorigine se situe entre 5 à 10 mm, après étalonnage
la précision moyenne est ramenée à mieux que 5/10
mm (pour 3 s), sans jamais se situer au-delà de 1 mm. Le temps nécessaire pour réaliser ces travaux est très variable. En dehors de tout ce qui a pu déjà être cité en contrainte, il dépend aussi des conditions locales et de lexpérience de lopérateur. Dans le meilleur des cas, et pour des installations répétitives, avec une préparation bien menée, le temps dindisponibilité de linstallation peut chuter à 1/2 heure. Pour une installation classique, mais à découvrir, il faut prévoir 1/2 journée à 1 journée. Pour les cas complexes, avec des modèles géométriques «instables», de fort volume de travail et des postes de travail multiples, la semaine peut être nécessaire. V. Le maintien des performances. (< =^= >) A. LA MAINTENANCE TRADITIONNELLE CURATIVE ET
PRÉVENTIVE La maintenance préventive est très majoritairement
employée. Son efficacité et ses coûts intrinsèques
saméliorent au fil des ans par lexpérience acquise
sur la connaissance des matériels. Cependant, on constate que bien
souvent des pièces sont changées bien avant dêtre
au terme de leur vie. La fréquence des interventions est plus élevée
que nécessaire. Une diminution de cette fréquence est
risquée tant quon ne dispose pas de moyens sûrs dévaluation. B. LA MAINTENANCE PRÉDICTIVE
on détient alors tous les ingrédients pour démarrer une maintenance prédictive. Comme pour la maintenance préventive, cest au fil des ans que les hommes acquerront la parfaite maîtrise de cette nouvelle notion. Les résultats acquis dans ce domaine au cours de ces dernières
années, ainsi que les études complémentaires menées
sur ce sujet prouvent lintérêt de ce type de maintenance.
Elle oblige, en raison de son existence, à un meilleur suivi du
matériel, donc à une meilleure connaissance de son état,
et a une meilleure réactivité. Si nous considérons les mesures décrites au cours dune opération détalonnage, nous nous apercevons que nous détenons toutes les informations qui définissent létat «zéro» du matériel. En reprenant régulièrement les mesures concernant la maintenance, on établit le suivi de base nécessaire à la maintenance prédictive. Naturellement, ces mesures peuvent se réaliser sur des installations en dehors de toute considération de Programmation Hors Ligne. Par linstallation dun système de contrôle de dérive de robot, lutilisateur se prémunit contre un incident grave, dont les causes peuvent être parfois extérieures à linstallation robotisée. Par la mise en place dune maintenance prédictive, lutilisateur accroît lefficacité intrinsèque de ses moyens de production. Les systèmes de contrôle en dynamique des performances
des robots industriels ont permis de développer des moyens industriels
détalonnage robotique, et par extension de disposer des informations
nécessaires à une démarche de maintenance préventive.
Par des outils de mesure simple, il est aussi possible de se prémunir
contre des dérives fâcheuses de positionnement des robots,
améliorant ainsi globalement la sécurité de fonctionnement
des installations robotisées. VI. Conclusion.
(< =^= >)
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