FR3086571A1 - Systeme de bras robot, et procede pour emettre un signal d'information en cas de detection d'un etat critique dans ledit systeme de bras robot - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de bras robot comprenant un premier robot (2) comprenant un bras polyarticulé (21) et un second robot (3) du type véhicule mobile. Le système (1) comporte des moyens de sécurité (4) comprenant : a) des moyens (5) pour collecter des paramètres physiques (P) relatifs aux mouvements desdits robots (2, 3) associés, b) des moyens (6) pour déterminer, au moins à partir desdits paramètres physiques, les efforts qui sont appliqués sur lesdits robots (2, 3) et/ou qui sont destinés à s'appliquer sur lesdits robots (2, 3), c) des moyens (7) pour détecter un état critique desdits robots (2, 3) par comparaison desdits efforts déterminés avec des efforts critiques préétablis, et d) des moyens (8) pour émettre un signal d'information en cas de détection dudit état critique.
Description
Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne, de manière générale, les systèmes de bras robot et les procédés pour émettre un signal d’information en cas de détection d’un état critique dans lesdits systèmes de bras robot.
Elle concerne plus particulièrement le domaine des systèmes de bras robot qui comprennent deux robots munis de moyens de commande : - un premier robot comprenant un bras polyarticulé équipé de plusieurs articulations, et - un second robot du type véhicule mobile, équipé de moyens pour porter ledit premier robot.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Les robots avec bras polyarticulé sont traditionnellement utilisés soit en étant fixés au sol, soit en étant montés sur un axe linéaire si le volume de travail devient important.
Cette contrainte d’utilisation limite le champ d’action de ces robots à bras polyarticulé. Cela pose notamment des problèmes dès lors qu’il est souhaité de travailler sur des éléments très volumineux (coque de bateau ou pâle d’éolienne, par exemple).
Pour remédier à cette contrainte, il est connu de charger le robot à bras polyarticulé sur un robot du type véhicule mobile (notamment une plateforme mobile).
L’association de ces deux robots permet de combiner la dextérité du robot à bras polyarticulé et la mobilité du robot véhicule mobile.
Mais le robot véhicule mobile ne permet généralement pas d’assurer une liaison suffisamment rigide avec le sol, condition nécessaire pour qu’un robot à bras polyarticulé ne bascule pas lorsqu’il bouge de manière dynamique dans le cadre de la réalisation d’une tâche de travail.
Un contrôle des efforts transmis entre le robot à bras polyarticulé et le robot véhicule mobile est alors nécessaire pour déterminer et pour assurer la bonne stabilité du système, quels que soient les mouvements réalisés.
En particulier, les modes d’arrêts du système robot (arrêt d’urgence, freinage en fin de cycle, etc.) doivent être pris en compte car ils constituent des conditions extrêmes sur le plan des sollicitations dynamiques.
De même, il est important de contrôler que les contraintes mécaniques associées aux différents mouvements ne risquent pas de détériorer, ou de casser, certaines pièces mécaniques.
Objet de l’invention
L’objectif de la présente invention est ainsi de proposer un système de robot comprenant, d’une part, un premier robot comprenant un bras polyarticulé et, d’autre part, un second robot du type véhicule mobile, dont la stabilité et l’intégrité mécanique sont garanties.
L’objectif de la présente invention est aussi de surveiller le comportement dynamique des deux robots, et ce quel que soit l’application envisagée.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un système de bras robot, lequel système comprend deux robots munis de moyens de commande :
- un premier robot comprenant un bras polyarticulé équipé de plusieurs articulations, et
- un second robot du type véhicule mobile, équipé de moyens pour porter ledit premier robot.
Et selon l’invention, ledit système comporte des moyens de sécurité comprenant :
a) des moyens pour collecter des paramètres physiques relatifs aux mouvements desdits robots associés,
b) des moyens pour déterminer, au moins à partir desdits paramètres physiques, les efforts réels et/ou simulés qui sont appliqués sur lesdits robots et/ou qui sont destinés à s’appliquer sur lesdits robots,
c) des moyens pour détecter un état critique desdits robots par comparaison desdits efforts réels et/ou simulés avec des efforts critiques préétablis choisis parmi - des efforts susceptibles de provoquer un défaut de stabilité / d’équilibre desdits robots associés et/ou - des efforts susceptibles de provoquer une contrainte mécanique supérieure à la résistance mécanique desdits robots, et
d) des moyens pour émettre un signal d’information en cas de détection dudit état critique.
De préférence, les moyens de collecte comprennent :
- des moyens pour collecter les efforts appliqués par ledit premier robot sur ledit second robot, et/ou
- des moyens de mesure de la dynamique des mouvements de l’un au moins desdits robots.
Dans ce cadre, le système de bras robot comporte avantageusement des moyens pour l’assemblage entre ledit premier robot et les moyens porteurs dudit second robot ; et lesdits moyens d’assemblage comportent au moins une partie desdits moyens de collecte, avantageusement sous la forme d’une interface poly-instrumentée.
Ces moyens de collecte équipant les moyens d’assemblage sont alors avantageusement choisis parmi :
- les capteurs de mesure de déplacement, et
- les capteurs de mesure de contrainte mécanique.
Toujours dans ce cadre, les moyens de mesure de la dynamique des mouvements desdits robots sont choisis parmi :
- des moyens de mesure des accélérations et vitesse de l’un au moins desdits robots, comprenant par exemple une centrale inertielle, avantageusement ménagés au niveau des moyens d’assemblage entre les robots, et/ou
- des moyens de mesure de la dynamique de mouvements qui sont associés aux articulations dudit bras polyarticulé, et/ou
- des moyens de mesure de la vitesse d’avancement et de rotation, par exemple des codeurs et/ou tachymètres équipant le second robot.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du système conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- les moyens pour déterminer les efforts simulés comprennent un programme d’ordinateur comprenant des moyens de code de programme pour déterminer lesdits efforts simulés à partir d’un environnement simulé intégrant lesdits paramètres physiques collectés et des paramètres dynamiques simulés, lorsque ledit programme d’ordinateur est mis en oeuvre par lesdits moyens pour déterminer les efforts simulés appliqués ; les moyens pour déterminer les efforts comprennent avantageusement : des moyens pour déterminer les efforts simulés appliqués sur lesdits robots, des moyens pour déterminer les efforts réels appliqués sur lesdits robots, des moyens pour comparer lesdits efforts réels et lesdits efforts simulés, et des moyens pour adapter les paramètres dynamiques simulés intégrés par ledit environnement simulé constitutif des moyens pour déterminer les efforts simulés ;
- les moyens pour détecter un état critique desdits robots comprennent un programme d’ordinateur comprenant des moyens de code de programme adaptés à comparer les efforts réels et/ou simulés avec des efforts critiques préétablis présentant trois niveaux de sécurité : une sécurité immédiate, pour déterminer un état critique immédiat, une sécurité prédictive, pour déterminer un état critique en cas de freinage aux paramètres nominaux, une sécurité d’urgence, pour déterminer un état critique en cas de freinage d’urgence ;
- les moyens pour émettre un signal d’information comprennent des moyens pour transmettre ledit signal d’information à destination des moyens de commande desdits robots, et/ou des moyens pour transmettre ledit signal d’information à destination d’un opérateur ; les moyens de commande de l’un au moins desdits robots comprennent avantageusement un programme d’ordinateur comprenant des moyens de code de programme adaptés à piloter ledit robot tenant compte dudit signal d’information, lorsque ledit programme d’ordinateur est exécuté par lesdits moyens de commande ;
- les moyens pour déterminer les efforts réels et/ou simulés, les moyens pour détecter un état critique desdits robots et les moyens pour émettre un signal d’information sont regroupés au sein d’un ordinateur connecté auxdits robots ;
- ledit second robot consiste en un engin du type chariot élévateur comprenant un châssis roulant motorisé qui est équipé de moyens porteurs en forme de fourches de levage.
L’invention propose également un procédé pour émettre un signal d’information en cas de détection d’un état critique dans un système de bras robot selon l’invention, ledit état critique correspondant à un défaut de stabilité / d’équilibre desdits robots associés et/ou à une contrainte mécanique supérieure à la résistance mécanique desdits robots.
Ce procédé comprend :
- une collecte de paramètres physiques relatifs aux mouvements des robots associés,
- une détermination, à partir desdits paramètres physiques, des efforts réels et/ou simulés qui sont appliqués sur lesdits robots et/ou qui sont destinés à s’appliquer sur lesdits robots,
- une détection dudit état critique desdits robots, par comparaison desdits efforts réels et/ou simulés avec des efforts critiques préétablis choisis parmi des efforts susceptibles de provoquer ledit état critique, et
- rémission dudit signal d’information en cas de détection dudit état critique.
La détermination des efforts simulés comprend avantageusement une détermination desdits efforts simulés à partir d’un environnement simulé intégrant lesdits paramètres physiques collectés et des paramètres dynamiques simulés.
La détermination des efforts appliqués sur lesdits robots comprend de préférence :
- la détermination des efforts simulés appliqués sur lesdits robots,
- la détermination des efforts réels appliqués sur lesdits robots,
- la comparaison desdits efforts réels et desdits efforts simulés, et
- l’adaptation des paramètres dynamiques simulés de l’environnement simulé.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- les efforts critiques préétablis présentent trois niveaux de sécurité : une sécurité immédiate, pour déterminer un état critique immédiat, une sécurité prédictive, pour déterminer un état critique en cas de freinage aux paramètres nominaux, et une sécurité d’urgence, pour déterminer un état critique en cas de freinage d’urgence ;
- le signal d’information est transmis à destination des moyens de commande de l’un au moins desdits robots et/ou d’un opérateur ; les moyens de commande pilotent avantageusement l’un au moins desdits robots tenant compte dudit signal d’information.
Description detaillee de l’invention
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 est vue générale et en perspective d’un premier mode de réalisation du système de bras robot selon l’invention, dans lequel les deux robots coopèrent par le biais de moyens d’assemblage comportant des moyens de collecte des efforts réels transmis par le premier robot sur le second robot ;
- les figures 2 et 3 constituent des vues partielles et agrandies du système de bras robot selon la figure 1, montrant deux formes de réalisation alternatives au niveau des moyens d’assemblage entre les deux robots ;
- la figure 4 représente un second mode de réalisation du système de bras robot selon l’invention, qui est ici équipé de moyens de collecte des paramètres physiques relatifs aux mouvements des robots associés sous la forme de moyens de mesure de la dynamique des mouvements desdits robots ;
- la figure 5 est une vue de côté du robot de type véhicule mobile, équipant le système de bras robot selon la figure 4 ;
- la figure 6 est une représentation schématique du premier robot du type bras polyarticulé, appartenant au système de bras robot selon la figure 4 ;
- la figure 7 est un schéma bloc synoptique de la chaîne de traitement des paramètres physiques de sorte à détecter un état critique desdits robots et à émettre un signal d’information en cas de détection dudit état critique ; dans un souci de simplification, cette figure 7 représente également schématiquement des moyens constitutifs des moyens de sécurité (en particulier certains modules fonctionnels de programmes d’ordinateur).
Tel que représenté de manière générale sur les figures 1 et 4, le système de bras robot 1 selon l’invention comprend un couple de robots :
- un premier robot 2, du type bras polyarticulé, et
- un second robot 3, du type véhicule mobile.
Le premier robot 2 est destiné à être porté par le second robot 3, audessus du sol.
Le premier robot 2 comprend un bras polyarticulé 21 porté par une base 22.
Le bras polyarticulé 21 comprend ici plusieurs segments 211 qui sont reliés entre eux par des articulations motorisées 212 (par exemple sous la forme de moteurs électriques).
A l’opposé de la base 22, le bras polyarticulé 21 comporte un segment 211 final qui porte une tête outil 213.
Ce premier robot 2 comporte encore des moyens de commande 23, par exemple sous la forme d’une baie de commande portée par la base 22 (figure 1).
Les moyens de commande 23 prennent en charge les lois de commandes permettant à ce premier robot 2 de réaliser les mouvements nécessaires à l’accomplissement de sa tâche.
Ces moyens de commande 23 sont avantageusement équipés d’un dispositif de communication externe 231 (figure 6) permettant de transmettre les informations de positions, vitesses et accélérations des articulations motorisées 212 du bras polyarticulé 21, vers un dispositif informatique décrit ci-après.
Cette baie de commande 23 peut être placée sur un côté de la base 22, à l’opposé du bras polyarticulé 21, pour créer un contrepoids et pour améliorer la stabilité (figure 1).
La base 22 est encore équipée de moyens d’assemblage 24 avec le second robot 3 (représentés sur les figures 1 à 3).
Par exemple, ces moyens d’assemblage 24 se présentent sous la forme de fourreaux qui sont adaptés à coopérer avec une fourche complémentaire du second robot 3.
Le second robot 3 consiste avantageusement en un véhicule du type véhicule à guidage automatique ou véhicule autoguidé ou VGA (en anglais « Automactic Guided Véhiculé » ou AGV).
Ce second robot 3 se présente par exemple sous la forme d’un chariot élévateur, qui comprend un châssis 31 muni :
- de moyens de locomotion (non visibles), par exemple des roues motorisées, pour assurer son déplacement dans l’espace,
- de moyens porteurs 32 adaptés à porter le premier robot 2, par exemple sous la forme d’une fourche de levage,
- de moyens de commande 33, adaptés à piloter les moyens de locomotion et les moyens porteurs 32, et
- de moyens de repérage 35 (figures 4 et 5), permettant de déterminer la position cartésienne de ce second robot 3 dans son environnement.
Les moyens de commande 33 prennent en charge les lois de commandes permettant à ce second robot 3 de réaliser les mouvements du premier robot 2 nécessaires à l’accomplissement de sa tâche.
Ces moyens de commande 33 sont également équipés d’un dispositif de communication externe 331 (figure 4) permettant de transmettre des informations vers un dispositif informatique décrit ci-après (notamment des paramètres physiques P).
De manière générale, selon l’invention, le système de bras robot 1 comporte des moyens de sécurité 4 qui sont conçus pour détecter un état critique desdits robots 2, 3.
Par « état critique >>, on entend en particulier un état critique mécanique, à savoir notamment :
- des efforts susceptibles de provoquer un défaut de stabilité / d’équilibre des robots 2, 3 associés et/ou
- des efforts susceptibles de provoquer une contrainte mécanique supérieure à la résistance mécanique de ces robots 2, 3.
A cet effet, les moyens de sécurité 4 comprennent :
- des moyens 5 pour collecter des paramètres physiques P relatifs aux mouvements des robots 2, 3 associés,
- des moyens 6 pour déterminer, au moins à partir des paramètres physiques P collectés, les efforts qui sont appliqués sur les robots 2, 3 et/ou qui sont destinés à s’appliquer sur ces robots 2, 3,
- des moyens 7 pour détecter un état critique des robots 2, 3 par comparaison desdits efforts déterminés avec des efforts critiques Ec préétablis, et
- des moyens 8 pour émettre un signal d’information en cas de détection de l’état critique précité.
Moyens de collecte
Les moyens de collecte 5 assurent l’acquisition de paramètres physiques P relatifs aux mouvements des robots associés 2, 3.
Ces paramètres physiques P englobent avantageusement :
- les efforts appliqués par le premier robot 2 sur le second robot 3, et/ou
- la dynamique des mouvements de l’un au moins desdits robots 2, 3.
Par « effort », on entend en particulier la force externe qui sollicite un élément de structure et qui engendre des contraintes. En l’espèce, on entend avantageusement par cette notion d’« effort >>, les forces exercées par le premier robot 2 sur le second robot 3, et qui engendrent des contraintes mécaniques sur ce dernier.
En particulier, les données intrinsèques du premier robot 2 du type bras polyarticulé (par exemple masse des corps, centre de gravité, inertie) sont avantageusement préalablement identifiées par des méthodologies classiques.
Ces données intrinsèques permettent, en prenant en compte les déplacements effectifs de ce premier robot 2 (bras polyarticulé), de connaître les efforts générés par celui-ci sur le second robot 3 (véhicule mobile).
Par « dynamique des mouvements », on entend notamment les paramètres physiques relatifs aux mouvements des deux robots 2, 3 (accélération, vitesse, position, etc.).
Des exemples de moyens de collecte 5 sont décrits plus en détails cidessous en relation avec les figures 1 à 6.
Selon un premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 3, les moyens de collecte 5 comprennent des premiers moyens 51 pour collecter les efforts appliqués par le premier robot 2 sur le second robot 3.
Les moyens de collecte 51 sont pour cela avantageusement implantés au niveau des moyens d’assemblage 24 prévus entre le premier robot 2 et le second robot 3.
Ces moyens de collecte 51 se présentent avantageusement sous la forme d’une interface poly-instrumentée.
Ces moyens de collecte 51 participent ainsi à déterminer, en temps réel, les efforts réels Er qui s’exercent par le premier robot 2 sur le second robot 3, et à en déduire le seuil de basculement ainsi que les différentes contraintes mécaniques.
Selon une première forme de réalisation illustrée sur la figure 2 pour ce premier mode, les moyens de collecte 51 comprennent avantageusement des moyens de mesure de déplacement du premier robot 2 par rapport au second robot 3.
Ces moyens de collecte 51 comprennent ici un système de serrage par vis 511 et un tampon élastomère 512.
Ce couple 511 /512 est disposé entre, d’une part, la base 22 du premier robot 2 et, d’autre part, les moyens d’assemblage 24 (par exemple sous la forme de plaques supports).
Les vis 511 permettent alors de contraindre, de manière calibrée, les tampons élastomères 512.
Ces moyens de collecte 51 comprennent encore un capteur de déplacement 513 qui est conçu pour mesurer les déformations des tampons élastomères 512.
Selon une seconde forme de réalisation illustrée sur la figure 3 pour le premier mode, les moyens de collecte 51 comprennent avantageusement des moyens 515 pour la mesure de contrainte mécanique du premier robot 2 par rapport au second robot 3.
Ces moyens de collecte 51 comprennent plusieurs jauges de contrainte 515 situées entre, d’une part, la base 22 du premier robot 2 et, d’autre part, les moyens d’assemblage 24 (par exemple sous la forme de plaques supports).
Les moyens de collecte 51 permettant de capitaliser le torseur complet des efforts résultants.
Selon un second mode de réalisation illustré sur les figures 4 à 6, les moyens de collecte 5 comprennent des seconds moyens 52 pour la mesure de la dynamique des mouvements de l’un au moins des robots 2, 3.
En l’espèce, les moyens porteurs 32 du second robot 3 peuvent être équipés de premiers moyens de mesure des accélérations et vitesses 521.
Ces premiers moyens 521 se présentent par exemple sous la forme d’une centrale inertielle permettant de mesurer les accélérations et vitesses du premier robot 2 lors des déplacements du second robot 3, mais aussi lors des déplacements des moyens porteurs 32.
De même, le second robot 3 peut être équipé de seconds moyens de mesure de la vitesse d’avancement et de rotation 522.
Ces seconds moyens de mesure 522 se présentent par exemple sous la forme de codeurs rotatifs et/ou de tachymètres.
Un tel codeur rotatif peut être choisi par exemple parmi les codeurs rotatifs incrémentales et les codeurs rotatifs absolus.
Par tachymètre, on englobe par exemple les tachymètres mécaniques, optiques, ou à courant de Foucault.
De son côté, le premier robot 2 peut être équipé de troisièmes moyens de mesure 523 pour la mesure de la dynamique de mouvements qui sont associés aux articulations motorisées 212 du bras polyarticulé 21.
Les troisièmes moyens de mesure 523 consistent par exemple en des structures de type codeurs rotatifs qui sont intégrés dans chaque articulation motorisée 212.
Ces troisièmes moyens de mesure 523 déterminent ainsi les positions et vitesses de chaque articulation motorisée 212 du bras polyarticulé 21, grâce aux moyens de commande 23.
De manière générale, les différents moyens de collecte 51, 52 décrits cidessus en relation avec les figures 1 à 6 peuvent être utilisés en combinaison (au moins deux moyens), ou indépendamment les uns des autres.
Une utilisation en combinaison permet d’ajuster la fiabilité de la détermination des efforts et d’apporter de la redondance d’information.
Moyens de détermination des efforts
A partir des paramètres physiques P issus des moyens de collecte 5 précités, les moyens de détermination 6 sont aptes à calculer les efforts réels Er et/ou les efforts simulés Es qui sont appliqués sur les robots 2, 3 et/ou qui sont destinés à s’appliquer sur ces robots 2, 3.
De manière générale, par « effort >>, on entend en particulier les forces externes qui sollicitent les robots 2, 3 et qui engendrent des contraintes sur ces derniers.
Par « effort réel », on entend les efforts qui interviennent dans la réalité entre les deux robots 2, 3. Cet effort réel correspond ici aux données issues des capteurs de mesure.
Par « effort simulé >>, on entend les efforts théoriques qui sont calculés par des techniques permettant d'imiter, aussi fidèlement que possible, des efforts réels grâce à des programmes intégrant des modèles mathématiques fondés sur des paramètres qui interviennent dans la réalité.
Comme précisé précédemment, ayant connaissance des répartitions de masse de l’ensemble et en prenant en compte les vitesse et accélération prévues le long de la trajectoire, il est possible d’évaluer l’ensemble des quantités de mouvement et donc des efforts qui seront vus par les moyens de collecte 5.
Pour cela, ces paramètres physiques P collectés par les moyens de collecte 5 sont transmis vers un dispositif informatique 10 (dit encore ordinateur) pour leur traitement.
Ce dispositif informatique 10, avantageusement de type automate, comprend :
- un processeur, c’est-à-dire un dispositif qui exécute des instructions de calcul,
- des moyens mémoire dans laquelle sont enregistrés des programmes d’ordinateur,
- des dispositifs d’entrée, pour son raccordement aux différents moyens de collecte 5 (moyens de communication filaires ou moyens de communication sans fil),
- des dispositifs de sortie, notamment pour l’émission d’un signal d’information en cas de détection de l’état critique.
Les moyens de détermination 6 se présentent alors avantageusement sous la forme d’un programme d’ordinateur dont les moyens de code programme sont conçus pour déterminer les efforts réels Er et/ou simulés Es qui sont appliqués sur les robots 2, 3 et/ou qui sont destinés à s’appliquer sur ces robots 2, 3, lorsque ledit programme d’ordinateur est mis en oeuvre par ledit dispositif informatique 10.
En particulier, le programme d’ordinateur comporte plusieurs modules (figure 7) :
- un premier module 61, pour déterminer les efforts simulés Es. et
- un deuxième module 62, pour déterminer les efforts réels Er, lorsque ledit programme d’ordinateur est mis en oeuvre par ledit dispositif informatique 10
Dans un mode de réalisation particulier, le premier module 61 détermine les efforts simulés Es qui sont destinés à s’appliquer sur ces robots 2, 3, à partir d’un environnement simulé (dit encore « environnement de simulation ») intégrant les paramètres physiques P collectés et des paramètres dynamiques simulés, lorsque ledit programme d’ordinateur est mis en oeuvre par ledit dispositif informatique 10.
Dans ce mode de réalisation particulier, le programme d’ordinateur est avantageusement conçu pour adapter les paramètres dynamiques simulés qui sont intégrés par l’environnement simulé.
Pour cela, ce programme d’ordinateur comprend encore (figure 7) :
- un troisième module 63, adapté à comparer les efforts réels Er issus du deuxième module 62 et les efforts simulés Es issus du premier module 61, et
- un quatrième module 64, adapté à ajuster les paramètres dynamiques simulés qui sont intégrés par l’environnement simulé constitutif du premier module 61.
Moyens de détection d’état critique
Les moyens de détection d’état critique 7 se présentent également sous la forme d’un programme d’ordinateur qui est destiné à être exécuté par le dispositif informatique 10.
Les moyens de détection d’état critique 7 comprennent un programme d’ordinateur comprenant des moyens de code de programme adaptés à comparer les efforts réels Er et/ou simulés Es avec des efforts critiques Eç préétablis, lorsque ledit programme d’ordinateur est exécuté par le dispositif informatique 10.
En d’autres termes, les moyens de détection d’état critique 7 sont chargés, d’une part, de la récolte des données provenant des moyens de détermination 6 et, d’autre part, du traitement logiciel de ces données via un algorithme de calcul de stabilité.
Le programme d’ordinateur peut comprendre un module 71 adapté à comparer les efforts réels Er et/ou simulés Es avec des efforts critiques Eç préétablis choisis parmi des efforts susceptibles de provoquer un défaut de stabilité / d’équilibre desdits robots 2, 3 associés (figure 7).
Dans ce cas, les efforts critiques Eç préétablis présentent avantageusement trois niveaux de sécurité :
- une sécurité immédiate, pour déterminer un état critique immédiat,
- une sécurité prédictive, pour déterminer un état critique en cas de freinage aux paramètres nominaux,
- une sécurité d’urgence, pour déterminer un état critique en cas de freinage d’urgence.
Afin de définir les niveaux de sécurité, différents critères sont estimés de sorte à déterminer le choix du plus sécurisant.
En particulier, connaissant les limites de l’espace de basculement, il est possible de définir des espaces de plus en plus restreints par paliers d’iso-vitesse qui imposent, au système de bras robot 1, sa limite de vitesse de déplacement. On assure ainsi une possibilité d’arrêter le système de bras robot 1 de manière prédictive.
Il faut ajouter à ce premier contrôle le cas d’une collision du système de bras robot 1. On considère alors, pour chacun des axes, les couples transmissibles dans la direction potentiel afin que la limite de stabilité ne soit pas franchie. En effet, dans ce cas, le système de bras robot 1 détectera une surpuissance et donc stoppera sont déplacement avant d’atteindre sa limite de basculement. On a ici une sécurité immédiate.
Le dernier cas est celui où l’opérateur déclenche un arrêt d’urgence sur l’un des robots 2, 3. Dans cas, le système de bras robot 1 subit une décélération brutale depuis une vitesse donnée. Il faut s’assurer que celle-ci n’entraine pas de basculement.
Les efforts critiques Eç englobent encore avantageusement les situations suivantes :
- le second robot 3 (véhicule mobile) est fixe et le premier robot 2 (bras polyarticulé) est déplacé manuellement ; connaissant la position du système de bras robot 1, il est possible d’effectuer un calcul de basculement, et de limiter en accélération et en vitesse les déplacements du premier robot 2 (bras polyarticulé) ; dans ce cas, le déplacement du second robot 3 (véhicule mobile) peut être proscrit ;
- le second robot 3 (véhicule mobile) est fixe, et un programme du premier robot 2 (bras polyarticulé) va être exécuté ; on peut au préalable précalculer les sollicitations sur le système de bras robot 1 et, dans le cas d’un dépassement, proposer d’exécuter la tâche en mode dégrade ;
- le second robot 3 (véhicule mobile) se déplace et le premier robot 2 (bras polyarticulé) est fixe ; le contrôle est celui classique du second robot 3 (véhicule mobile) ;
- le second robot 3 (véhicule mobile) et le premier robot 2 (bras polyarticulé) fonctionnent simultanément ; dans cette configuration, les deux robots 2, 3 sont en cours d’exécution d’un programme ; on peut donc estimer le basculement et, le cas échéant, interdire ou dégrader le mode de fonctionnement
Dans l’ensemble de ces cas, les niveaux de sécurité sont avantageusement connus et attendus, tout dépassement induisant une dégradation des conditions opératoires pouvant aller jusqu’à l’arrêt des deux robots 2, 3 pour assurer la stabilité de l’ensemble.
Le programme d’ordinateur peut comprendre un module 72 adapté à comparer les efforts réels Er et/ou simulés Es avec des efforts critiques Eç préétablis choisis parmi des efforts susceptibles de provoquer une contrainte mécanique supérieure à la résistance mécanique desdits robots 2, 3 (figure 7).
Moyens d’émission d’un signal d’information
Les moyens d’émission d’un signal d’information 8 se présentent encore sous la forme d’un programme d’ordinateur qui est destiné à être exécuté par le dispositif informatique 10.
Ces moyens d’émission d’un signal d’information 8 comprennent (figure 7):
- des moyens 81 pour transmettre le signal d’information à destination des moyens de commande 23, 33 des robots 2, 3, et/ou
- des moyens 82 pour transmettre le signal d’information à destination d’un opérateur, par exemple via un dispositif numérique portatif 11 (tablette numérique, téléphone portable, etc.).
Les moyens de commande 23, 33 de l’un au moins des robots 2, 3 comprennent alors avantageusement un programme d’ordinateur comprenant des moyens de code de programme adaptés à piloter ledit robot tenant compte dudit signal d’information, lorsque ledit programme d’ordinateur est exécuté par lesdits moyens de commande.
Procédé
Deux robots 2, 3 sont associés pour former le système de bras robots 1 (figures 1 à 6).
En fonctionnement, les moyens de commande 23, 33 assurent ensuite le pilotage de deux robots 2, 3.
Au cours de ce pilotage, le système 1 exécute en continu un procédé de sécurité, qui est destiné à émettre un signal d’information en cas de détection d’un état critique dans le système 1, ledit état critique correspondant :
- à un défaut de stabilité / d’équilibre des robots 2, 3 associés, et/ou
- à une contrainte mécanique supérieure à la résistance mécanique de ces robots 2, 3.
Ce procédé de sécurité surveille ainsi le comportement dynamique des deux robots 2, 3, et ce quel que soit l’application envisagée.
En l’espèce, comme illustré schématiquement sur la figure 7, ce procédé de sécurité comprend une succession d’opérations qui sont exécutés par le dispositif informatique 10, à savoir :
- une collecte de paramètres physiques P relatifs aux mouvements des robots associés 2, 3 (opération A), ladite collecte étant effectuée via les moyens de collecte 5,
- une détermination, à partir desdits paramètres physiques P, des efforts qui sont appliqués sur lesdits robots 2, 3 et/ou qui sont destinés à s’appliquer sur lesdits robots 2, 3 (opération B), via les moyens de détermination 6,
- une détection dudit état critique desdits robots 2, 3, par comparaison desdits efforts réels Er et/ou simulés Es avec des efforts critiques Ec préétablis choisis parmi des efforts susceptibles de provoquer ledit état critique (opération C), via les moyens de détection 7, et
- l’émission dudit signal d’information en cas de détection dudit état critique (opération D), via les moyens d’émission 8.
L’opération de collecte de paramètres physiques P comprend par exemple :
- une opération de collecte, via les premiers moyens de collecte 51, des efforts appliqués par le premier robot 2 sur le second robot 3 (opération A1),
- une opération de collecte de la dynamique des mouvements de l’un au moins des robots 2, 3, par exemple une mesure de la dynamique des mouvements du second robot 3 (opération A2) et/ou du premier robot 2 (opération A3) par les seconds moyens de collecte 52 dédiés.
Cette opération de collecte A permet ensuite l’opération B pour la détermination des efforts qui sont appliqués sur lesdits robots 2, 3 et/ou qui sont destinés à s’appliquer sur lesdits robots 2, 3.
Cette opération de détermination B permet le calcul :
- des efforts réels Er (opération B1), de préférence à partir des données d’effort issues de l’opération A1, au sein d’un environnement réel, et/ou
- des efforts simulés Es (opération B2), de préférence à partir de la dynamique des mouvements issue des opérations A2 et A3, au sein d’un environnement simulé.
L’environnement réel utilise notamment les premiers moyens de collecte 51 pour en déterminer les efforts et couples réels exercés sur les moyens porteurs 32 du second robot 3.
Les efforts simulés Es sont de préférence déterminés à partir d’une opération de calcul de la dynamique du premier robot 2 (opération B3) dans un environnement simulé intégrant les paramètres physiques P collectés et des paramètres dynamiques simulés.
Cet environnement simulé se présente avantageusement sous la forme d’un algorithme qui est conçu pour estimer des efforts en fonction des données provenant des moyens de collecte 5, ou en fonction de données simulées (arrêt d’urgence, freinage dynamique maximum, etc.).
Cet algorithme permet avantageusement de définir les efforts et couples simulés que le premier robot 2 exerce, ou va exercer, sur les moyens porteurs 32 du second robot 3.
Partant de ces efforts déterminés, l’opération de détection (opération C) exécute :
- une opération de contrôle de stabilité (opération C1), et/ou
- une opération de calcul de la résistance mécanique des différents éléments (opération C2), qui sont avantageusement réalisés par combinaison des deux environnements précités (opération C3).
Un algorithme de fusion de données permet de prendre et comparer les deux environnements réel Er et simulé Es.
La fusion consiste à prendre à tout instant les données réelles envisagées, et à les comparer avec celles estimées. On déroule parallèlement la simulation avec la réalité des mouvements (spatialement) et avec les mesures d’efforts, afin de vérifier le bon déroulement de la séquence.
Partant de cette analyse, une adaptation des paramètres dynamiques de l’environnement simulé peut être réalisée pour que celui-ci soit le plus proche possible du réel (opération C4).
A cet égard, la détermination des efforts appliqués sur les robots 2, 3 comprend avantageusement les étapes suivantes :
- la détermination des efforts simulés Es appliqués sur les robots 2, 3 (opération B2),
- la détermination des efforts réels Er appliqués sur les robots 2, 3 (opération B1),
- la comparaison des efforts réels Er et desdits efforts simulés Es (opération C3) et
- l’adaptation des paramètres dynamiques simulés de l’environnement simulé (opération C4).
En particulier, l’opération de contrôle de stabilité (opération C1) permet de déterminer trois niveaux de sécurité :
- une sécurité immédiate S1, c’est-à-dire un état critique immédiat (par exemple le système 1 est sur le point de basculer),
- une sécurité prédictive S2, c’est-à-dire un état critique en cas de freinage aux paramètres nominaux (par exemple, l’environnement simulé permet de déterminer la stabilité en cas de freinage maximum respectant les paramètres dynamiques programmés dans le système 1),
- une sécurité d’urgence S3, c’est-à-dire un état critique en cas de freinage d’urgence (le comportement est le même que pour la sécurité prédictive mais avec des paramètres dynamiques de freinage plus sévères).
L’opération de calcul de la résistance mécanique C2 peut générer un signal d’information.
Le signal d’information est transmis à destination des moyens de commande 23, 33 de l’un au moins desdits robots 2, 3 (opération D1) et/ou d’un opérateur (opération D2).
De préférence, dans le cas de l’opération D1, les moyens de commande 23, 33 pilotent l’un au moins desdits robots 2, 3 tenant compte dudit signal d’information.
Ainsi, en cas de problème(s) détecté(s) (risque de basculement ou risque de casse mécanique), les moyens de commande 22, 33 peuvent envoyer des informations à l’un au moins des robots 2, 3 pour que ceux-ci adaptent leur mode de fonctionnement (réduction de la vitesse par exemple).
Dans le cas de l’opération D2, les informations calculées sont remontées à l’opérateur pour que celui-ci puisse prendre les mesures adéquates à la situation.
De manière générale, les mesures correctrices peuvent consister en :
- une demande de ralentissement des vitesses pour limiter la dynamique de l’ensemble,
- un arrêt de sécurité,
- un avertissement à l’opérateur d’une impossibilité de mouvements car les instructions de manœuvre du système 1 feraient passer par des points nonstables pour le premier robot 2 et/ou le second robot 3.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Système de bras robot, lequel système (1) comprend deux robots (2, 3) munis de moyens de commande (23, 33) :- un premier robot (2) comprenant un bras polyarticulé (21) équipé de plusieurs articulations (212), et- un second robot (3) du type véhicule mobile, équipé de moyens (32) pour porter ledit premier robot (2), caractérisé en ce que ledit système (1) comporte des moyens de sécurité (4) comprenant :a) des moyens (5) pour collecter des paramètres physiques (P) relatifs aux mouvements desdits robots (2, 3) associés,b) des moyens (6) pour déterminer, au moins à partir desdits paramètres physiques (P), les efforts réels (Er) et/ou simulés (Es) qui sont appliqués sur lesdits robots (2, 3) et/ou qui sont destinés à s’appliquer sur lesdits robots (2, 3),c) des moyens (7) pour détecter un état critique desdits robots (2, 3) par comparaison desdits efforts réels (Er) et/ou simulés (Es) avec des efforts critiques (Ec) préétablis choisis parmi - des efforts susceptibles de provoquer un défaut de stabilité / d’équilibre desdits robots (2, 3) associés et/ou - des efforts susceptibles de provoquer une contrainte mécanique supérieure à la résistance mécanique desdits robots (2, 3), etd) des moyens (8) pour émettre un signal d’information en cas de détection dudit état critique.
- 2. Système de bras robot, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de collecte (5) comprennent :- des moyens (51) pour collecter les efforts appliqués par ledit premier robot (2) sur ledit second robot (3), et/ou- des moyens (52) de mesure de la dynamique des mouvements de l’un au moins desdits robots (2, 3).
- 3. Système de bras robot, selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens (24) pour l’assemblage entre ledit premier robot (2) et les moyens porteurs (32) dudit second robot (3), et en ce que lesdits moyens d’assemblage (24) comportent au moins une partie desdits moyens de collecte (5).
- 4. Système de bras robot, selon l’une quelconque des revendications 1 à3, caractérisé en ce que les moyens (61) pour déterminer les efforts simulés (Es) comprennent un programme d’ordinateur comprenant des moyens de code de programme pour déterminer lesdits efforts simulés (Es) à partir d’un environnement simulé intégrant lesdits paramètres physiques (P) collectés et des paramètres dynamiques simulés, lorsque ledit programme d’ordinateur est mis en œuvre par lesdits moyens pour déterminer les efforts simulés (61).
- 5. Système de bras robot, selon l’une quelconque des revendications 1 à4, caractérisé en ce que les moyens (7) pour détecter un état critique desdits robots (2, 3) comprennent un programme d’ordinateur comprenant des moyens de code de programme adaptés à comparer les efforts réels (Er) et/ou simulés (Es) avec des efforts critiques (Ec) préétablis présentant trois niveaux de sécurité :- une sécurité immédiate, pour déterminer un état critique immédiat,- une sécurité prédictive, pour déterminer un état critique en cas de freinage aux paramètres nominaux,- une sécurité d’urgence, pour déterminer un état critique en cas de freinage d’urgence, lorsque ledit programme d’ordinateur est mis en œuvre par un ordinateur.
- 6. Système de bras robot, selon l’une quelconque des revendications 1 à5, caractérisé en ce que les moyens (8) pour émettre un signal d’information comprennent :- des moyens (81) pour transmettre ledit signal d’information à destination des moyens de commande (23, 33) desdits robots (2, 3), et/ou- des moyens (82) pour transmettre ledit signal d’information à destination d’un opérateur.
- 7. Système de bras robot, selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de commande (23, 33) de l’un au moins desdits robots (2, 3) comprennent un programme d’ordinateur comprenant des moyens de code de programme adaptés à piloter ledit robot (2, 3) tenant compte dudit signal d’information, lorsque ledit programme d’ordinateur est exécuté par lesdits moyens de commande (23, 33).
- 8. Procédé pour émettre un signal d’information en cas de détection d’un état critique dans un système de bras robot (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ledit état critique correspondant à un défaut de stabilité / d’équilibre desdits robots (2, 3) associés et/ou à une contrainte mécanique supérieure à la résistance mécanique desdits robots (2, 3), lequel procédé comprend :- une collecte de paramètres physiques (P) relatifs aux mouvements des robots (2, 3) associés,- une détermination, à partir desdits paramètres physiques (P), des efforts réels (Er) et/ou simulés (Es) qui sont appliqués sur lesdits robots (2, 3) et/ou qui sont destinés à s’appliquer sur lesdits robots (2, 3),- une détection dudit état critique desdits robots (2, 3), par comparaison desdits efforts réels (Er) et/ou simulés (Es) avec des efforts critiques préétablis (Ec) choisis parmi des efforts susceptibles de provoquer ledit état critique, et- rémission dudit signal d’information en cas de détection dudit état critique.
- 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la détermination des efforts simulés (Es) comprend une détermination desdits efforts simulés à partir d’un environnement simulé intégrant lesdits paramètres physiques collectés (P) et des paramètres dynamiques simulés.
- 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les efforts critiques préétablis (Ec) présentent trois niveaux de sécurité :- une sécurité immédiate, pour déterminer un état critique immédiat,- une sécurité prédictive, pour déterminer un état critique en cas de freinage aux paramètres nominaux,- une sécurité d’urgence, pour déterminer un état critique en cas de freinage d’urgence.
- 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le signal d’information est transmis à destination des moyens de commande (22, 23) de l’un au moins desdits robots (2, 3) et/ou d’un opérateur.
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