Développement de méthodes robotisées pour le parachèvement de pièces métalliques et composites

There is an economical challenge in finishing operations of metal and composite parts, which are faced with relocation. Robotic machining turns to be a good solution for machinists to keep their job. As a matter of fact, industrial robots are getting cheaper while their performances are getting better. However their stiffness is still not sufficient to perform finishing operations that require both high precision and high accuracy. Therefore, this doctorate thesis aims at developing and validating methodologies to control and optimize the use of industrial robots for metal or composite parts trimming. Chapter I deals with the main issues in robotic machining and a literature of the research works done in that field. The sources of flexibility of six-revolute serial robots are analyzed in Chapter II in order to use an elasto-static model suitable for the problem at hand. A methodology for the identification of the joint stiffness values is developed and applied in Chapter III. Then this elasto-static model is validated experimentally by means of static tests and some machining operations. In Chapter IV, the elasto-dynamic behavior of the robot is studied analytically and experimentally. Finally, two methods to realize trimming operations with an industrial serial robot are presented in Chapter V: (i) the workpiece placement optimization and the control of the kinematic redundancy of the robot due to the tool rotation; (ii) the correction of the reference trajectory of the robot. Those methods are validated experimentally.Le parachèvement de pièces métalliques ou composites est une opération aux enjeux économiques importants pour lequel le risque de délocalisation est important. Dans ce contexte, la robotisation est une alternative permettant de conserver une production locale, les robots industriels polyarticulés ayant vu leurs prix diminuer et leurs performances améliorer. Néanmoins leur raideur intrinsèque n'est pas suffisante pour réaliser ces opérations dans les conditions minimales requises par les procédés nécessitant à la fois précision et raideur importantes du robot. Cette thèse vise à développer et valider une méthodologie de maîtrise et d'optimisation de l'exploitation de robots industriels sériels pour le parachèvement de pièces métalliques ou composites. Le premier chapitre présente les enjeux de la robotique de production ainsi que les travaux actuels. Dans le second chapitre, les sources de flexibilité des robots sériels 6-axes sont étudiées afin de développer un modèle élasto-statique adapté à la problématique. Un protocole d'identification des raideurs articulaires, exploitable industriellement, est développé puis mis en œuvre dans le troisième chapitre. Ce modèle élasto-statique est validé expérimentalement au moyen de l'usinage de pièces tests. Dans le quatrième chapitre, le comportement élasto-dynamique du robot est étudié. Enfin, deux méthodes de travail permettant de réaliser des opérations de parachèvement avec un robot industriel sériel, testées expérimentalement, sont présentées dans le dernier chapitre : (i) optimisation du placement de la pièce à usiner et gestion de la redondance cinématique du robot ; (ii) correction de la consigne de trajectoire du robot