Amélioration de la précision des robots industriels pour des applications d'usinage a grande vitesse

Industrial robots are usually used to realize industrial tasks like material handling, welding, cutting and spray painting. The mobility, flexibility and important work space of these robots allow using them in new fields of industry such as prototyping, cleaning and pre-machining of casts parts as well as end-machining of middle tolerance parts. These new applications require a high level pose accuracy and to achieve a good path tracking. Unfortunately industrial robots were designed to have a good repeatability but not a good accuracy. Their poor accuracy is caused by geometric factors and non-geometric factors. Many fields of investigation are proposed to increase the accuracy of industrial robots like: robot calibration, process development and control system. In this work, firstly, the focus lies on developing an efficient and pragmatic trajectory planning algorithm for continuous machining operations with a 6-axis robot. Secondly, compliances of robots joints are identified and used to calculate the Cartesian compliance at the end effector of the robot. This Cartesian compliance is employed in a strategy to optimize the stiffness of robot structure during machining. The compliances of robot joints are used also in an elasto-static model allowing anticipating the displacement of the end-effector caused by external loads. Finally, a model based technique is used to compensate two joints major errors: compliance error and kinematic errors. The model of each error is integrated then in our trajectory planner in order to realize an off-line compensation of joints errors.Les robots poly-articulés industriels sont un moyen de production moins couteux que les machines outils. De part leur structure, ils sont moins rigides, mais ils disposent d'une agilité et d'une zone de travail plus importante. L'exploitation de ces avantages pour la réalisation de certaines opérations continues, comme l'usinage par exemple, fait l'objet d'une demande croissante de l'industrie manufacturière. Ces nouvelles applications des robots poly-articulés pour l'usinage nécessitent de progresser sur le front de l'amélioration de la précision statique et dynamique de ces structures. Ainsi, afin d'améliorer la précision des robots, nous avons développé dans ce travail de thèse une méthode de planification de trajectoire basée sur l'interpolation paramétrique des courbes géométriques. Cette méthode permet de maîtriser le positionnement et la cinématique de l'outil pour les applications nécessitant un suivi de profil continu et notamment pour l'usinage. Nous proposons ainsi de qualifier les différentes souplesses des robots industriels 6 axes afin de déduire une cartographie de rigidité dans l'espace de travail cartésien. Une méthode exploitant cette cartographie permettant l'optimisation de la configuration géométrique du robot pour l'usinage est présentée. Les souplesses axiales des articulations sont intégrées dans un modèle élasto-statique utilisé pour la commande. Ce modèle permet d'anticiper les déviations statiques induites par ces souplesses articulaires. Enfin, nous mettons en évidence les défauts de transmission associés aux chaînes cinématiques des axes du robot. Nous montrons que ces défauts sont à l'origine d'une erreur de position au niveau de l'organe terminal de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre. Un protocole d'identification de ces défauts est proposé. Ces défauts sont modélisés et intégrés dans une stratégie de correction hors ligne de position