Développement d'une solution d'étalonnage automatique d'un robot industriel de réparation de pièces aéronautiques

En robotique industrielle, la programmation des robots est souvent effectuée manuellement. L'opérateur déplace le robot aux points désirés puis enregistre les positions que le robot répétera en boucle pour réaliser une tâche. Ce type de programmation est particulièrement adapté pour définir des trajectoires qui ne changeront pas d'une pièce à l'autre. On peut par exemple penser aux procédés de soudure et de peinture dans le domaine automobile. Certaines applications nécessitent par contre une trajectoire spécifique pour chaque pièce et il serait contre-productif d'utiliser cette méthode pour chaque pièce dans ce cas. La programmation hors ligne est alors utilisée pour définir les trajectoires sans avoir besoin du robot physique. Cette méthode nécessite donc une bonne modélisation du robot afin d'anticiper les corrections à apporter aux trajectoires théoriques. Ce projet a été réalisé avec l'entreprise de robotique AV&R sur une cellule de réparation de pièces aérospatiales utilisant la programmation hors ligne. Le but du projet est d'étalonner le robot afin de trouver son modèle avec précision. À la différence des méthodes traditionnellement utilisées en étalonnage, aucun appareil de mesure externe ne sera utilisé et le capteur de force déjà présent sur le robot sera utilisé à la place. Cette particularité est intéressante, car une des principales dépenses d'un projet d'étalonnage est liée à l'instrument de mesure. Ce projet de maîtrise a permis de développer une solution d'étalonnage automatique se servant du capteur de force du robot. Une série de tests ont permis de déterminer que l'erreur de positionnement a été divisée par 2, passant par exemple de 4.83 mm à 2.05 mm dans le cas du test se rapprochant le plus des conditions d'utilisation réelles. Cette méthode pourrait alors être appliquée pour étalonner tout robot équipé d'un capteur de force à un coût bien inférieur à celui des solutions existantes.

Abstract

On-line programming is often used in robotic applications to program the robot path manually which means the operator needs to place the robot in each desired pose in order to reccord the configuration and create the path for the task at hand. On-line programming is suitable for repetitive tasks where the desired path will not change from one part to another such as the painting or welding processes in the automotive industry. Of course, some other tasks will require a different trajectory for each part and it would be counterproductive to generate a new path for each procedure. Off-line programming can then be used to determine the robot trajectory without having to physically generate the path on the robot each time. Without human supervision, this method requires a good understanding of the robot model in order to anticipate the corrections to the path. This project was in collaboration with the robotics company AV&R on a repair cell that uses off-line programming on aerospace parts. The goal is to develop a calibration method that allows increasing the robot's model accuracy. Unlike standard calibration methods, this project uses the force sensor included in the robotic cell instead of an external measurement captor in order to reduce calibration costs. The objective of this project is to establish a model that can be calibrated and validated by simulation and physical experiments using a force sensor. Experiments showed that accuracy was improved from 4.83 mm to 2.05 mm in tests mimicking real process utilization. Depending on the required accuracy, considering that any robot is already equipped with a force sensor and that the method does not require any external measurement captors, the process is considerably cost effective when compared to other calibration methods that require expensive metrology equipment.