Amélioration de la précision de robots industriels : Application à l’usinage de pièces composites

La robotisation de l’industrie est en constante augmentation depuis l’apparition de robots industriels agiles et flexibles. Les robots industriels poly-articulés ont vu, ces dernières années, leurs coûts diminuer et leurs performances augmenter. Ils répondent alors à un besoin de compétitivité croisant et à des enjeux économiques importants pour les industriels. Dans le contexte de l'usinage de formes gauches pour la réalisation de grands supports composites (quatre mètres de diamètre) dont la précision de forme attendue est de quelques centièmes, ces robots ne sont pas initialement compatibles avec de tels critères de performance. La littérature décrit des méthodes qui améliorent la précision des robots industriels comme par exemple l’identification des raideurs articulaires associée à un modèle élasto-statique, ou la modélisation des contraintes avec mesure dynamique des forces pendant l'usinage. Ces méthodes sont difficilement applicables dans un contexte industriel, car elles sont trop coûteuses en temps et en investissements liés aux moyens d'identification. Cette thèse présente une nouvelle méthode de correction du positionnement du robot lors de l’exécution d’une trajectoire d’usinage. Cette compensation hors ligne permet de maîtriser et d’optimiser l’exploitation de robots industriels sériels pour l’usinage d’une pièce composite. Après avoir identifié les conditions de coupe optimales, correspondant au couple outil/matière de l’application étudiée ici, la méthodologie de ces travaux est exposée. Elle s’appuie sur le couplage de deux méthodes de correction de la position du robot complémentaires. La première est l’identification des paramètres géométrique du robot. Il s’agit d’identifier la valeur exacte des paramètres du modèle géométrique du robot et de les modifier au sein de la commande. Cet étalonnage permet de compenser les erreurs de type géométriques et d’améliorer la précision de pose absolue du robot dans l’ensemble de son espace de travail. La deuxième méthode est une compensation de la trajectoire hors ligne. Cette méthode, rapidement applicable, est adaptée à tout robot sériel 6 axes, contrairement aux méthodes existantes qui nécessitent une modélisation et une caractérisation du robot. Après avoir mesuré la position de l'outil pendant une première opération d'usinage, cette mesure est comparée au point de consigne initial du programme pour identifier la déviation du robot. Un processus intelligent et autonome est utilisé pour rééditer le parcours d'outil afin de compenser la déviation sur la totalité du parcours de l’outil. Une nouvelle opération d'usinage quantifie la correction en produisant une pièce avec des tolérances de forme améliorées. En plus de l’étude du couple outil/matière et de la définition d’une stratégie optimale pour l’usinage de la pièce d’application étudiée, cette thèse présente des résultats encourageants. La méthodologie de compensation, appliquée à la pièce de l’étude, améliore la précision de pose du robot de plus de 80%. Cela correspond à un gain de 80% sur l’amélioration de la précision de forme de la pièce. Ces travaux apportent un intérêt certain pour les applications industrielles qui nécessitent des méthodes rapides avec un minimum de moyens et de temps de développement. A ce stade, le fait de mesurer un premier parcours d’usinage pour obtenir un second usinage de qualité représente l’inconvénient principal de la méthode qui implique le supplément d’outils et de matière à prévoir dans la conception de la pièce brute