Compte-rendu de l’étude du dernier axe du robot kuka

– Système choisi

–  Robot Kuka KR500-3.

Description du besoin

Il est destiné à mouvoir un ou plusieurs objets ou personnes sur 6 axes différents. Il est utilisé dans les industries pour la fabrication d’objets d’une façon précise et rapide et, aussi dans des attractions pour une utilisation public (La Danse des Robots)

Principales fonctions de service du système et contraintes.

  Principales fonctions de services:

– Mouvoir un objet (éventuellement une nacelle prévue pour transporter 2 personnes dans le cas de l’attraction “La Danse des Robots” du Futuroscope) depuis pratiquement n’importe quelle position à quasiment n’importe quelle autre à l’intérieur du rayon d’action du robot (limité tout de même par le poids de l’objet et les hypothétiques obstacles autours de celui-ci).

-Pouvoir programmer les mouvements du robot facilement pour qu’il puisse reproduire des séries d’actions préenregistrées.

-Pouvoir contrôler la célérité des mouvements selon le besoin de l’utilisateur (exemple: Sur une chaîne d’assemblage, selon sa cadence; Pour la Danse des Robots, pour varier les sensations ressenties par l’utilisateur)

-(Essentiellement pour la Danse des Robots ou le travail à la chaîne): Pouvoir synchroniser le robot avec d’autres robots Kuka KR500-3 et les faire travailler de concert.

Contraintes du système:

• Doit supporter comme poids maximum de 500 à 350 kilogrammes selon l’extension du bras.

From kuka-robotics.com

• Ne doit pas mettre en péril la sécurité de son utilisateur en dehors des risques spécifiés

Précautions quand à l’utilisation et à la manipulation du robot Kuka, sous formes de précisions dans la documentation du robot.

Description du fonctionnement, vu de l’utilisateur :

Vu de l’utilisateur, le robot Kuka KR500-3 bouge sur 6 axes différents, selon le programme qu’il suit. Il permet ainsi de déplacer sa tête dans de très nombreuses positions et orientations et ainsi de manipuler des objets (ou la nacelle dans le cas de l’attraction La Danse des Robots) aisément et selon les besoins de son utilisateur.

Analyse partielle d’une chaîne d’énergie

• Description d’une chaîne d’énergie

analye fonctionel du robot kuka

• Analyse de solutions techniques

Les solutions techniques permettant la transmission de l’énergie mécanique du moteur jusqu’aux axes malgré la place restreinte et les angles dans la structure du robot sont des systèmes de courroies et de poulies.

Analyse et modélisation d’une fonction cinématique du système

• Choix d’une fonction permettant de transmettre un mouvement

Un moteur électrique actionnant une poulie qui entraîne une courroie dirigée par d’autres poulies jusqu’à entraîner la rotation de l’axe du robot Kuka.

Modélisation, simulation et réalisation d’un dispositif expérimental

Croquis :

Modélisation avec Onshape :

Modélisation Onshape

Système imprimé avec une imprimante 3D :

SI

Le bras manipulateur

Schéma bras manipulateur
http://wikimeca.org

La pince

La fonction principale du bras manipulateur est d’emmener un objet d’un lieu à un autre. Cela peut paraître anodin mais il y a plusieurs risques à prendre en compte. Nous les avons distingués en deux parties.

Présentation de l’amélioration :

A l’occasion de quelques manipulations effectuée sur le bras mécanique, nous avons remarqué qu’il était incapable de saisir différentes tailles d’objet. C’est à ce problème que nous souhaitons remédier ici.

Faire varier l’écart entre les pinces permettrait de rendre le bras plus polyvalent, pouvant ainsi saisir différentes tailles d’objet. Le bras en l’état actuel est en effet incapable de saisir un objet d’une dimension légèrement inférieure ou supérieure à la taille de sa pince. Pour ce faire, il est possible de remplacer le système de pincement du bras par un système pneumatique d’écartement et de rapprochement  similaire à ceux qui constituent le reste du bras. Pour être efficace, ce système devra être couplé avec un capteur de pression, situé sur les pinces, afin de ne pas écraser l’objet à saisir

Schéma du système proposé :

Source : LP2I

Schéma-bloc du bras après modification :

Source : LP2I

Source : LP2I

Nous avons étudier au cours de notre travail les chaînes et les flux qui définissent le fonctionnement du bras manipulateur SCHRADER BELLOWS. Nous allons ici vous présenter le résultat sous forme de schéma-bloc et de tableaux de flux.

Source : LP2I

Source : LP2I

Comme on peu le voir sur ce schéma-bloc, l’architecture fonctionnelle de ce système est constitué de deux chaines : une chaîne d’information et une chaîne d’énergie. Voici les différents flux de ces deux chaînes :

La chaine d’information :

Source : LP2I

La chaine d’énergie :

Source : LP2I

Enfin, voici une petite vidéo montrant le bras en action :

Articles du même groupe :

– Analyse fonctionnelle de la souris sans fil
– Souris sans fil : Propositions d’amélioration

Après quelques essais on a constaté un manque de précision dans les automatismes de la machine. Pour parer à ce problème, on a pensé à un micro-capteur qui ajusterait en fonction de la position de l’objet, la position du bras.

Schéma d’un micro-capteur
                                          Source : Clubic

Ce capteur enregistrerai les informations et les transmettrais à l’automate qui à l’aide de programme adapté pourra ajuster la position du bras mécanique et ainsi faire en sorte de diminuer les décalages. Cette innovation apporterait un nouveau flux d’information.

Mais à cette innovation il faudrait ajouter une possibilité de mouvement plus précises dans un espace restreint pour avoir des performances optimales.

présentation:

Afin d’améliorer les performances du bras nous avons eu comme idée de rajouter un système d’engrenage avec un moteur électrique qui permettrait au bras avec la pince de se déplacer du haut vers le bas mais, indépendamment du bras principal et de rajouter au milieu du bras ce même principe de système pour améliorer la mobilité de l’appareil voir le schéma ci-dessous :

mouvement avant amélioration :

mouvement après amélioration:

source:

-la SI au lp2i

–http://lyc89-fourier.ac-dijon.fr/sti2d/?p=1088

Notre bras manipulateur utilisant actuellement des vérins pneumatiques, et je me suis posé la question pourquoi ne pas utiliser des vérins électriques ?

• 1) Vérin pneumatique

Vérins pneumatiques : Simple et double Effet (Source : wikipedia.org)

Source : http://fr.wikipedia.org/ (Schéma d’un vérin pneumatique)

Le vérin A est un vérin simple effet : Un vérin simple effet ne travaille que dans un sens (souvent, le sens de sortie de la tige). L’arrivée de la pression ne se fait que sur un seul orifice d’alimentation ce qui entraîne le piston dans un seul sens, son retour s’effectuant sous l’action d’un ressort ou d’une force extérieure (fréquent en hydraulique).

Le vérin B est un vérin double effet : Un vérin double effet a deux directions de travail. Il comporte deux orifices d’alimentation et la pression est appliquée alternativement de chaque côté du piston ce qui entraîne son déplacement dans un sens puis dans l’autre. On vérifiera que le vérin ne sera pas soumis aux effets de multiplication de pression qui pourraient le faire éclater du côté de sa tige.

• 2) Vérin électrique

Vérin Electrique (Source : hydrokit.com)

Dans cet article je vais vous faire la présentation du bras manipulateur “Schrader” :

La fonction principale de ce système est de déplacer un objet dans l’espace, en utilisant de l’énergie pneumatique grâce aux différents vérins. (Ci-dessous)

Les différents vérins sur le bras manipulateur
Source : http://si.legendre.free.fr/Site%20ge1s/Atelecharger/DT_SCHRADER.pdf

Il a pour effectuer cela différentes fonctions principales ainsi que des contraintes : (Tableau et diagramme pieuvre ci-dessous)

Tableau des différentes fonctions principales et les contraintes.
Sources : http://si.legendre.free.fr/Site%20ge1s/Atelecharger/DT_SCHRADER.pdf

Diagramme pieuvre du manipulateur SCHRADER
Source : http://si.legendre.free.fr/Site%20ge1s/Atelecharger/DT_SCHRADER.pdf

Sources : http://si.legendre.free.fr/Site%20ge1s/Atelecharger/DT_SCHRADER.pdf

Et voici ci-dessous l’architecture fonctionnelle du bras manipulateur. En rouge la chaîne d’énergie, en bleu la chaîne d’information.

Source : Lp2i

Et pour finir http://www.youtube.com/watch?v=G2b8quDijao une vidéo du bras en marche.