FR3137860A1 - Procédé d’accostage automatisé de deux pièces comprenant un asservissement avec des profilomètres - Google Patents

Procédé d’accostage automatisé de deux pièces comprenant un asservissement avec des profilomètres Download PDF

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Adolfo SUAREZ ROOS
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Institut de Recherche Technologique Jules Verne
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Abstract

L'invention concerne un procédé d’accostage automatisé d’une pièce fixe (1) avec une pièce mobile (2) apte à être déplacée vers la pièce fixe par un robot (3), la pièce fixe (1) et la pièce mobile (2) comprenant chacune une extrémité (4, 5), les deux extrémités formant une interface d’accostage (6). Le procédé comprend les étapes de positionnement de plusieurs profilomètres autour de l’interface d’accostage de façon que l’interface d’accostage soit située dans le champ visuel des profilomètres, de détermination d’un profil cible de l’extrémité de la pièce mobile, de mesure d’un profil de l’extrémité de la pièce mobile par les profilomètres, de comparaison entre le profil cible et le profil mesuré générant une consigne de vitesse dans l’espace des mesures et de déplacement de la pièce mobile vers la pièce fixe (1) par le robot (3) à partir de cette consigne de vitesse. (Fig. 1)

Description

Procédé d’accostage automatisé de deux pièces comprenant un asservissement avec des profilomètres Domaine technique de l’invention
L'invention concerne, de façon générale, le domaine technique des procédés d’accostage automatisés de deux pièces et plus particulièrement l’accostage de précision de tôles par des systèmes robotisés. Elle vise également un dispositif d’accostage mettant en œuvre ces procédés.
L’invention se rapporte plus spécifiquement à un procédé d’accostage automatisé pour aligner deux parties de fuselage d’un aéronef avant une opération de rivetage par exemple.
Ce type de système robotisé est également appelé machine-outil. On entend sous le terme de machine-outil, une mécanique composée d'axes numériques asservis. Il peut s'agir notamment de portiques robotisés ou de robots industriels identifiés dans la suite sous le terme de robot.
 État de la technique antÉrieure
De manière générale, la structure d'un aéronef est très complexe, et elle est souvent divisée en plusieurs éléments de structure présentant des sections importantes. Par exemple, le fuselage d’un aéronef est constitué de plusieurs tôles métalliques ou composites qui sont assemblés les unes aux autres. Pour pouvoir être assemblées, ces tôles sont d’abord positionnées l’une par rapport à l’autres avec précision, puis plaquées l’une contre l’autre.
Les avionneurs utilisent actuellement un positionnement global des tronçons de fuselage par un système métrologique de type laser de poursuite. L’accostage se réalise alors de façon itérative par les opérateurs, qui alternent une lecture des positions relatives des tronçons à assembler et un déplacement du support supportant l’un des tronçons. Pour certains types d’avions, les alignements des tôles aux interfaces ne sont pas garantis par le tolérancement. Les désalignements ou collisions sont fréquentes et perturbent considérablement le réglage, nécessitant des manœuvres correctives ou des opérations d’ajustage. En outre, ce réglage manuel nécessite l’expérience de l’opérateur pour palier notamment la déformation des outillages, leurs erreurs d’alignement ou les jeux mécaniques. Ce procédé de déplacement manuel est également très long.
On connaît le document CN110919654 qui vise à résoudre ces problèmes et qui divulgue un bras robotisé asservi par une caméra. La caméra réalise des images de l’interface entre deux pièces d’un fuselage d’aéronef à assembler qui sont transmises à un système de traitement d’image qui calcule en retour une consigne de déplacement qui est transmise au bras robotisé.
Cependant, ces systèmes d’asservissement par caméra de l’art antérieur ne sont pas précis et peuvent entraîner des collisions ou des frottements entre les tôles.
L’invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique en proposant notamment un procédé d’accostage automatisé plus précis que ceux de l’art antérieur.
L’invention se concentre uniquement sur l’adéquation locale des interfaces et peut être couplée à un processus de positionnement global des tronçons le cas échéant.
Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un procédé d’accostage automatisé d’une pièce fixe avec une pièce mobile apte à être déplacée vers la pièce fixe par un robot. La pièce fixe et la pièce mobile comprennent chacune une extrémité. Les deux extrémités forment une interface d’accostage.
Le procédé d’accostage comprend les étapes de :
  • positionnement de plusieurs profilomètres autour de l’interface d’accostage de façon que l’interface d’accostage soit située dans le champ visuel des profilomètres, les profilomètres étant fixes par rapport à la pièce fixe,
  • détermination d’un profil cible de l’extrémité de la pièce mobile,
  • mesure d’un profil de l’extrémité de la pièce mobile par les profilomètres,
  • comparaison entre le profil cible et le profil mesuré générant une consigne de déplacement d’après un écart entre le profil cible et le profil mesuré, et
  • déplacement de la pièce mobile vers la pièce fixe par le robot à partir de la consigne de déplacement.
Selon une variante, lors de l’étape de mesure d’un profil de l’extrémité de la pièce mobile, chaque profilomètre réalise une mesure à un point de l’extrémité de la pièce mobile générant un vecteur de mesure (x, z, α), avec (x, z) désignant les coordonnées d’un point A du profil à l’extrémité de la pièce mobile et α la tangente au profil au point A, x étant une coordonnée suivant une direction de balayage du profilomètre, approximativement parallèle à la direction d’avancement de la pièce mobile et z étant une coordonnée suivant une direction transversale perpendiculaire à la direction de balayage.
Selon une autre variante, des vecteurs cibles (x’, z’, α’) sont générés lors de la détermination d’un profil cible de l’extrémité de la pièce mobile, avec (x’, z’) désignant les coordonnées d’un point cible A’ d’un profil cible et α’ la tangente au point cible A’, x’ étant une coordonnée suivant la direction de balayage parallèle à la direction d’avancement de la pièce mobile et z’ étant une coordonnée suivant la direction transversale.
Selon une autre variante, les vecteurs de mesure (x, z, α) sont comparés aux vecteurs cibles (x’, z’, α’) pour déterminer un écart entre la cible et la pièce mobile observée. A partir de leur écart, un vecteur vitesse dans l’espace capteur est déterminé à partir de l’écart, la norme étant fixée pour suivre un profil particulier d’accélération bornée. La direction du vecteur vitesse est également déterminée. Une opération de pseudo-inverse de la matrice d’interaction est appliquée sur ce vecteur vitesse pour obtenir des vitesses cartésiennes et une multiplication par la matrice jacobienne inverse du robot est appliquée sur les vitesses cartésiennes pour obtenir une consigne de déplacement.
Selon une autre variante, le procédé d’accostage comprend une étape d’initialisation dans laquelle la position de la pièce fixe par rapport aux profilomètres est déterminée pour pouvoir générer trois vecteurs cibles dont un premier vecteur cible (x’, z’, α’) pour une étape de présentation des pièces, un deuxième vecteur cible (x’, z’, α’) pour une étape de chevauchement des pièces, et un troisième vecteur cible (x’, z’, α’) pour une étape de plaquage des pièces.
Selon une autre variante, le procédé d’accostage comprend, après l’étape d’initialisation, trois boucles d'asservissement successives des profils de l’extrémité de la pièce mobile par les profilomètres obtenues grâce à la position approximative de la pièce mobile par rapport au robot et la position approximative des profilomètres et de la pièce fixe par rapport au robot. Ceci permet de générer des vitesses de déplacement du robot souhaitées dans l'espace des mesures. L’incertitude de ces positionnements est compensée par la commande en boucle fermée.
Selon une autre variante, les boucles d'asservissement comprennent chacune une opération de mesure de profil au point A de l’extrémité de la pièce mobile par les profilomètres générant un vecteur de mesure (x, z, α) lors de l’étape de présentation des pièces, de l’étape de chevauchement des pièces et de l’étape de plaquage des pièces.
Selon une autre variante, lors de l’étape de présentation des pièces, les distances entre les deux pièces, selon la direction de balayage et la direction transversale sont de quelques centimètres. Lors de l’étape de chevauchement, la pièce mobile translate vers la pièce fixe selon la direction de balayage jusqu’à une distance inférieure à quelques millimètres selon la direction de balayage et en maintenant une distance de quelques centimètres par rapport à la pièce fixe selon la direction transversale. Lors de l’étape de plaquage, la pièce mobile translate par rapport à la pièce fixe selon la direction transversale jusqu’à ce que les deux pièces soient en contact.
L’invention concerne également un dispositif d’accostage automatisé d’une pièce mobile vers une pièce fixe mettant en œuvre un procédé d’accostage tel que défini précédemment.
Le dispositif d’accostage comprend :
  • plusieurs profilomètres répartis à différents points de l’interface et configurés pour mesurer le profil de l’extrémité de la pièce mobile et le profil de l’extrémité de la pièce fixe,
  • un moyen de traitement configuré pour générer une consigne de déplacement de la pièce mobile par rapport à la pièce fixe à partir des mesures du profil de l’extrémité de la pièce mobile et du profil de l’extrémité de la pièce fixe réalisés par les profilomètres , et
  • un robot configuré pour déplacer la pièce mobile par rapport à la pièce fixe en fonction de la consigne de déplacement.
Selon une variante, les profilomètres sont des profilomètres laser répartis régulièrement autour de l’interface d’accostage.
Selon une autre variante, les profilomètres sont solidaires d’une partie fixe du robot.
L’invention permet ainsi de fournir un procédé d’accostage automatisé assurant la bonne adéquation des interfaces, plus simple et plus précis que ceux de l’art antérieur et réduisant la durée de l’opération d’accostage à moins de 1 minute. Ce procédé peut être couplé à un procédé de positionnement global de tronçon, par exemple, selon un mode maître/esclave.
La solution proposée ne crée pas de collision, ni frottement entre les pièces, jusqu’au moment où elles entrent volontairement en contact, dans la phase finale.
La solution proposée garantit un accostage optimal par la présence de plusieurs points de contact pour des tronçons d’environ 4 m de diamètre. Les points de contact sont répartis le long de l’interface et ce sans déformation nécessaire des pièces. La zone de contact peut être élargie, au prix d’une conformation des pièces.
Elle présente également une répétabilité de positionnement de l’ordre de 0,2 mm jusqu’au moment où les pièces commencent à être conformées.
De plus, les profilomètres ne nécessitent pas un placement très précis autour de leurs positions nominales respectives. Il n’est pas nécessaire d’effectuer un recalage.
La solution est générique et peut s’étendre à d’autres types de pièces et pour des applications autres que les aéronefs.
 brÈve description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
  • : une vue d’une pièce mobile se déplaçant par rapport à une pièce fixe lors d’un procédé d’accostage selon un mode de réalisation de l’invention ;
  • : un graphique comprenant trois vecteurs dont des vecteurs mesurés par les profilomètres ;
  • : un diagramme représentant les différentes étapes du procédé d’accostage automatisé permettant d’obtenir une consigne de déplacement.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
description DÉTAILLÉE d’un mode de rÉalisation
L’invention concerne un procédé d’accostage automatisé d’une pièce fixe 1 avec une pièce mobile 2 apte à être déplacée vers la pièce fixe 1 par un robot 3. La pièce fixe 1 et la pièce mobile 2 comprennent chacune une extrémité 4, 5. Les deux extrémités 4, 5 forment une interface d’accostage 6.
La illustre une vue de la pièce mobile 2 se déplaçant par rapport à la pièce fixe 1 lors du procédé d’accostage.
On entend par robot 3, un système robotisé également appelé machine-outil. Une machine-outil peut être une mécanique composée d'axes numériques asservis. Il peut s'agir notamment de portiques robotisés ou de robots industriels identifiés dans la suite sous le terme d’actionneurs.
Dans l’exemple qui suit, la pièce mobile 2 est déplacée par quatre robots 3 formés par des actionneurs. Deux actionneurs sont positionnés de chaque côté de la pièce mobile 2.
Chaque robot 3 comprend une partie fixe 15 fixée au sol, reliée à une partie mobile 16 permettant de déplacer la pièce mobile 2.
Dans cet exemple, la pièce mobile 2 et la pièce fixe 1 sont des tôles métalliques incurvées et ayant approximativement une forme demi-sphérique. La pièce mobile 2 et la pièce fixe 1 sont des portions de fuselage d’un aéronef. D’autres formes et applications sont également possibles.
Selon un mode de réalisation possible de l’invention, le procédé d’accostage comprend une étape de positionnement de plusieurs profilomètres 7 autour de l’interface d’accostage 6 de façon que l’interface d’accostage 6 soit située dans le champ visuel des profilomètres 7. Les profilomètres 7 sont fixes par rapport à la pièce fixe 1.
De préférence, au moins trois profilomètres 7 sont réparties régulièrement autour de l’interface d’accostage 6.
Les profilomètres 7 utilisés peuvent être des profilomètres 7 « ScanControl » de la société Micro-epsilon, par exemple.
Il est important de répartir régulièrement les profilomètres 7 le long de l’interface d’accostage 6 pour pouvoir bénéficier d’un contrôle uniforme de la jonction entre les deux pièces 1, 2.
En revanche, dans le cas de pièces 1, 2 en forme de barques, les profilomètres 7 sont situés à l’extrémité des pièces 1, 2 et subissent une flexibilité importante des pièces 1, 2 à cet endroit. Les pièces 1, 2 sont en effet déformées sous leur propre poids. Cette déformation n’est pas compensable par le système d’accostage qui se limite à des déplacements rigides uniquement. La conformation est subie via le contact entre les pièces 1, 2 et n’est pas contrôlée.
Il faut donc un bon compromis. Les profilomètres 7 doivent être bien espacés tout en restant situés dans des zones « contrôlables » des pièces 1, 2, c’est-à-dire liées rigidement le plus possible aux actionneurs. Il est à noter qu’il peut se former des « bulles », difficilement modélisables, au moment où les pièces 1, 2 entrent en contact dans des zones pourtant rigides. Cela rend quasiment impossible le choix d’un emplacement idéal pour les profilomètres 7 qui doit donc être fait de façon empirique.
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé d’accostage comprend trois étapes dont une étape de présentation ou d’approche des pièces 1, 2. La pièce mobile 2 est « présentée » face à la pièce fixe 1. La pièce mobile 2 est bien alignée avec la pièce fixe 1. Les distances entre les deux pièces 1, 2 selon une direction de balayage X et une direction transversale Z sont de quelques centimètres.
La direction de balayage X des profilomètres 7 est approximativement parallèle à la direction d’avancement A de la pièce mobile 2. La direction transversale Z est sensiblement perpendiculaire à la direction de balayage X et est sensiblement parallèle à la direction d’émission du laser des profilomètres 7. Il existe une direction Y perpendiculaire aux directions X et Z.
Dans cet exemple et par rapport à la , la direction de balayage X est sensiblement parallèle à l’axe des pièces 1, 2 et la direction transversale Z est sensiblement orthogonale à leur surface.
Le procédé d’accostage comprend également une étape de chevauchement dans laquelle la pièce mobile 2 translate vers la pièce fixe 1 selon la direction de balayage X jusqu’à une distance inférieure à 4 mm selon la direction de balayage X et en maintenant une distance de quelques centimètres par rapport à la pièce fixe 1 selon la direction transversale Z.
Il s’ensuit une étape de plaquage dans laquelle la pièce mobile 2 translate par rapport à la pièce fixe 1 selon la direction transversale Z jusqu’à ce que les deux pièces 1, 2 soient en contact réel ou imminent. Par exemple, la distance selon la direction transversale Z peut être de 2 mm. Puis, les pièces 1, 2 se déforment ou se conforment en appliquant un effort selon la direction transversale Z jusqu’à atteindre un seuil qui peut être de 800 Newton, par exemple.
Les déplacements de la pièce mobile 2 lors de ces trois étapes sont obtenus par un asservissement basé sur les mesures du profil de l’extrémité 5 de la pièce mobile 2 et du profil de l’extrémité de la pièce fixe 1. L’information de chaque profilomètre 7 donne un nuage de points à partir duquel il est possible d’extraire une droite, représentant le profil de la pièce observée.
La représente le profil ou vecteur S de la pièce mobile 2, le profil ou vecteur S’’ de la pièce fixe 1 et le profil ou vecteur S’ de la cible dans le cas d’un unique profilomètre 7. Avec n profilomètres 7, les vecteur S et S’ ont donc 3n composantes.
Le procédé d’accostage comprend une boucle d’asservissement dans laquelle un profil cible de l’extrémité 5 de la pièce mobile 2 est déterminé pour les trois étapes précédemment décrites et dans laquelle des profils de l’extrémité 5 de la pièce mobile 2 et des profils de l’extrémité 4 de la pièce fixe 1 sont mesurés par les profilomètres 7.
Le procédé d’accostage comprend en particulier une étape d’initialisation dans laquelle la position de la pièce fixe 1 par rapport aux profilomètres 7 est mesurée pour pouvoir générer trois vecteurs cibles S1’, S2’, S3’ dont un premier vecteur cible S1’ présentant des coordonnées (x’1, z’1, α’1) lors de l’étape de présentation des pièces, un deuxième vecteur cible S2’ présentant des coordonnées (x’2, z’2, α’2) lors de l’étape de chevauchement des pièces et un troisième vecteur cible S3’ présentant des coordonnées (x’3, z’3, α’3) lors de l’étape de plaquage des pièces.
La position relative de la pièce fixe 1 par rapport aux actionneurs ou plus précisément par rapport à la partie fixe 15 des actionneurs est connue approximativement car la pièce fixe 1 est référencée dans un repère atelier.
La position relative de la partie fixe des actionneurs par rapport à la pièce mobile 2 est également connue approximativement à tout instant, par la géométrie de la pièce fixe 1 et le modèle de l’actionneur.
Enfin, la position relative de la pièce fixe 1 par rapport aux profilomètres 7 est aussi connue approximativement. Une précision trop dégradée peut compromettre la stabilité de la commande.
La concaténation des informations lues sur les n profilomètres 7 permet d’obtenir un vecteur de mesure de la pièce fixe 1 S’’ présentant des coordonnées (x’’, z’’, α’’), avec (x’’, z’’) désignant les coordonnées d’un point (A’’) d’un profil à l’extrémité de la pièce fixe 1 et α’’ la tangente au point (A’’), x’’ étant une coordonnée suivant la direction de balayage (X) et z’’ étant une coordonnée suivant la direction transversale (Z).
Le vecteur de mesure de pièce fixe 1 (x’’, z’’, α’’) obtenu avec la pièce fixe 1 permet de fixer très précisément un degré de liberté en orientation pour le profilomètre 7 (rotation autour d’un axe parallèle à la direction transversale Y, dans le repère du profilomètre) et deux en translation (suivant les directions X et Z). En faisant pivoter le profilomètre autour d’un axe parallèle à la direction de balayage X jusqu’à minimiser la valeur selon un axe parallèle à la direction transversale Z, il est également possible d’obtenir précisément une orthogonalité, donc de connaître la rotation par rapport à la direction de balayage X. Les autres degrés de liberté des profilomètres 7 restent estimés. En pratique, une erreur de translation de l’ordre du cm selon la direction Y et une erreur de rotation de l’ordre de 1° selon la direction transversale Z ne compromettent pas la convergence de l’accostage pour des diamètres de tôle atteignant plusieurs mètres, l’impact sur la consigne S’ étant négligeable.
Le procédé d’accostage comprend une étape de détermination d’un profil cible de l’extrémité de la pièce mobile 2.
Lors de l’étape de présentation, un premier vecteur cible S1’ présentant des coordonnées (x1’, z1’, α1’) est généré, avec (x1’, z1’) désignant les coordonnées d’un point cible (A1’) d’un profil cible et α1’ la tangente au point cible (A1’), x1’ étant une coordonnée suivant la direction de balayage (X) et z1’ étant une coordonnée suivant la direction transversale (Z).
La mesure du profil de la pièce fixe 1 et la position des profilomètres 7 par rapport à cette pièce permet de générer le premier vecteur cible S1’.
Ensuite, chaque profilomètre 7 observe la pièce mobile 2 et applique un traitement pour obtenir un premier vecteur de mesure S1. Le moniteur de chaque profilomètre 7 superpose le profil reconstruit sur l’image du profil brut et une validation de l’opérateur est attendue par sécurité. La validation visuelle se fait en constatant la bonne superposition.
Le premier vecteur de mesure S1 est obtenu lors d’une étape de mesure 14, comme illustré sur le diagramme de la .
Le procédé d’accostage comprend l’étape d’initialisation 8 durant laquelle le premier vecteur cible S1’ est calculé à partir de données relatives au modèle de profilomètre 7, du profil de la pièce fixe 1 et de la géométrie de l’interface d’accostage 6, des positions entre la pièce fixe 1 et les profilomètres 7 et les exigences d’accostage, comme par exemple le respect d’une distance, qui est de quelques centimètres selon la direction de balayage X et la direction transversale Z, pour l’étape de présentation.
Le premier vecteur de mesure S1 et le premier vecteur cible S1’ sont comparés lors d’une opération de comparaison 9 pour déterminer un écart de profil entre la cible et la pièce mobile 2 observée.
La loi de rétroaction proportionnelle suivante est utilisée pour calculer une vitesse souhaitée dans l’espace des mesures: = λ (S1– S’1), où λ est un facteur de gain positif. Ce vecteur est ensuite normalisé pour respect un profil souhaité (accélération bornée).
Une matrice d’interaction Ls est ensuite calculée. La matrice d’interaction est le nom donné usuellement pour désigner la jacobienne liant le torseur cinématique cartésien aux vitesses dans l’espace des mesures.
Une opération de pseudo-inverse de la matrice d’interaction 11 est ensuite appliquée sur ce vecteur vitesse pour obtenir des vitesses cartésiennes v avec la loi : = Ls.v.
Une opération de multiplication par la matrice jacobienne inverse du robot 3 (ou des actionneurs) 12 est appliquée sur les vitesses cartésiennes pour obtenir une première consigne de déplacement comprenant une vitesse de déplacement du robot et en particulier une vitesse articulaire.
Les actionneurs déplacent la pièce mobile 2 vers la pièce fixe 1 en fonction de la première consigne de déplacement lors d’une étape de pilotage 13.
L’étape de chevauchement des pièces 1, 2 comprend les mêmes opérations que l’étape de présentation. Lors de l’étape de chevauchement, un deuxième vecteur cible S2’ présentant des coordonnées (x2’, z2’, α2’) est généré, avec (x2’, z2’) désignant les coordonnées d’un point cible (A2’) d’un profil cible et α2’ la tangente au point cible (A2’), x2’ étant une coordonnée suivant la direction de balayage (X) et z2’ étant une coordonnée suivant la direction transversale (Z).
La mesure du profil de la pièce fixe 1 et la position des profilomètres 7 par rapport à cette pièce permet de générer le deuxième vecteur cible S2’.
Ensuite, chaque profilomètre 7 observe la pièce mobile 2 et applique un traitement pour obtenir un deuxième vecteur de mesure S2 présentant des coordonnées (x2, z2, α2). La validation pour l’opérateur n’est plus nécessaire à ce stade, la mesure se faisant par un procédé de suivi (ou « tracking » en anglais).
Le deuxième vecteur de mesure S2 est obtenu lors de l’étape de mesure 14, comme illustré sur le diagramme de la .
Le procédé d’accostage comprend l’étape d’initialisation 8 durant laquelle le deuxième vecteur cible S2’ est calculé à partir de données relatives au modèle de profilomètre 7, du profil de la pièce fixe 1 et de la géométrie de l’interface d’accostage 6, des positions entre la pièce fixe 1 et les profilomètres 7 et les exigences d’accostage, comme par exemple le respect d’une distance, par exemple de quelques millimètres selon la direction de balayage X et de quelques centimètres selon la direction transversale Z, pour l’étape de chevauchement.
Le deuxième vecteur de mesure S2 et le deuxième vecteur cible S2’ sont comparés lors de l’opération de comparaison 9 pour déterminer un écart de profil entre la cible et la pièce mobile 2 observée.
Un vecteur vitesse est déterminé à partir de cet écart comme lors du procédé d’accostage.
L’opération de pseudo-inverse de la matrice d’interaction 11 est ensuite appliquée sur le profil de vitesse pour obtenir des vitesses cartésiennes.
L’opération de multiplication par la matrice jacobienne inverse du robot 3 (ou des actionneurs) 12 est appliquée sur les vitesses cartésiennes pour obtenir une deuxième consigne de déplacement et en particulier une vitesse articulaire.
Les actionneurs déplacent la pièce mobile 2 vers la pièce fixe 1 en fonction de la deuxième consigne de déplacement lors d’une étape de pilotage 13.
L’étape de plaquage des pièces comprend également les mêmes opérations que les étapes de présentation et de chevauchement. Lors de l’étape de plaquage, un troisième vecteur cible S3’ présentant des coordonnées (x3’, z3’, α3’) est généré, avec (x3’, z3’) désignant les coordonnées d’un point cible (A3’) d’un profil cible et α3’ la tangente au point cible (A3’), x3’ étant une coordonnée suivant la direction de balayage (X) et z3’ étant une coordonnée suivant la direction transversale (Z).
La mesure du profil de la pièce fixe 1 et la position des profilomètres 7 par rapport à cette pièce permet de générer le troisième vecteur cible S3’.
Ensuite, chaque profilomètre 7 observe la pièce mobile 2 et applique un traitement pour obtenir un troisième vecteur de mesure S3 présentant des coordonnées (x3, z3, α3).
Le troisième vecteur de mesure S3 est obtenu lors de l’étape de mesure 14, comme illustré sur le diagramme de la .
Le procédé d’accostage comprend l’étape d’initialisation 8 durant laquelle le troisième vecteur cible S3’ est calculé à partir de données relatives au modèle de profilomètre 7, du profil de la pièce fixe 1 et de la géométrie de l’interface d’accostage 6, des positions entre la pièce fixe 1 et les profilomètres 7 et les exigences d’accostage, comme par exemple un contact réel ou une distance de 2 mm entre les pièces 1, 2 selon la direction transversale Z, pour l’étape de plaquage.
Le troisième vecteur de mesure S3 et le troisième vecteur cible S3’ sont comparés lors de l’opération de comparaison 9 pour déterminer un écart de profil entre la cible et la pièce mobile 2 observée.
Un vecteur vitesse est déterminé à partir de cet écart lors d’une opération de calcul de profil de vitesse 10.
L’opération de pseudo-inverse de la matrice d’interaction 11 est ensuite appliquée sur le vecteur vitesse pour obtenir des vitesses cartésiennes.
L’opération de multiplication par la matrice jacobienne inverse du robot 3 (ou des actionneurs) 12 est appliquée sur les vitesses cartésiennes pour obtenir une troisième consigne de déplacement.
Les actionneurs déplacent la pièce mobile 2 vers la pièce fixe 1 en fonction de la troisième consigne de déplacement lors de l’étape de pilotage 13.
Ces calculs sont rendus possibles malgré la position incertaine des profilomètres 7, mais sous l’hypothèse que les pièces 1, 2 doivent être alignées. La tangente α pour la pièce mobile 2 et la tangente α’’ pour la pièce fixe 1 sont donc égales.
Le calcul de la matrice d’interaction, à chaque instant, nécessite de connaître (au moins approximativement) quel est le point A détecté dans le plan (X, Z) du profilomètre 7, ainsi que le plan tangent à la pièce mobile 2 au point A, ce qui est rendu possible via la chaîne de transformations : position des profilomètres 7 par rapport à la pièce fixe 1, position de la pièce fixe 1 par rapport à la base fixe des actionneurs et position de la partie fixe 15 des actionneurs par rapport à la pièce mobile 2.
Comme dit précédemment, lors des étapes de présentation, de chevauchement et de plaquage, l’écart entre la cible et la pièce mobile 2 génère la direction d’un vecteur vitesse. La norme est alors calculée pour qu’elle suive un profil de vitesses assurant une accélération douce et uniforme jusqu’à atteindre une vitesse maximale, ainsi qu’une décélération uniforme. Cependant, à proximité de la cible (distance inférieure à 1 mm), la contrainte sur la décélération est levée pour éviter de rendre la commande instable.
Le critère d’arrêt appliqué à chaque étape est un écart maximal selon la direction X ou Z de 1,2 mm. Cette valeur, relativement grande, absorbe les erreurs de géométrie de la pièce ainsi que les déformations qui s’y ajoutent et qui rendraient incohérente la consigne avec un critère plus petit. La conséquence serait une absence de convergence et le système oscillerait autour d’une consigne inatteignable. Néanmoins, l’effet de moyenne sur les n profilomètres 7 et le bras de levier obtenu par leur espacement permet une répétabilité du processus bien meilleure que le critère d’arrêt, de l’ordre de 0,2 mm.
Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
Il est souligné que toutes les caractéristiques, telles qu’elles se dégagent pour un homme du métier à partir de la présente description, des dessins et des revendications attachées, même si concrètement elles n’ont été décrites qu’en relation avec d’autres caractéristiques déterminées, tant individuellement que dans des combinaisons quelconques, peuvent être combinées à d’autres caractéristiques ou groupes de caractéristiques divulguées ici, pour autant que cela n’a pas été expressément exclu ou que des circonstances techniques rendent de telles combinaisons impossibles ou dénuées de sens.

Claims (11)

  1. Procédé d’accostage automatisé d’une pièce fixe (1) avec une pièce mobile (2) apte à être déplacée vers la pièce fixe par un robot (3), la pièce fixe (1) et la pièce mobile (2) comprenant chacune une extrémité (4, 5), les deux extrémités (4, 5) formant une interface d’accostage (6), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de :
    • positionnement de plusieurs profilomètres (7) autour de l’interface d’accostage (6) de façon que l’interface d’accostage (6) soit située dans le champ visuel des profilomètres (7), les profilomètres (7) étant fixes par rapport à la pièce fixe (1),
    • détermination d’un profil cible de l’extrémité (5) de la pièce mobile (2),
    • mesure d’un profil de l’extrémité (5) de la pièce mobile (2) par les profilomètres (7),
    • comparaison entre le profil cible et le profil mesuré générant une consigne de déplacement d’après un écart entre le profil cible et le profil mesuré, et
    • déplacement de la pièce mobile (2) vers la pièce fixe (1) par le robot (3) à partir de la consigne de déplacement.
  2. Procédé d’accostage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de l’étape de mesure d’un profil de l’extrémité (5) de la pièce mobile (2), chaque profilomètre (7) réalise une mesure à un point (A) de l’extrémité (5) de la pièce mobile (2) générant un vecteur de mesure (x, z, α), avec (x, z) désignant les coordonnées d’un point (A) du profil à l’extrémité (5) de la pièce mobile (2) et α la tangente au profil au point (A), x étant une coordonnée suivant une direction de balayage (X) du profilomètre (7), approximativement parallèle à la direction d’avancement de la pièce mobile (2) et z étant une coordonnée suivant une direction transversale (Z) perpendiculaire à la direction de balayage (X).
  3. Procédé d’accostage selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que des vecteurs cibles (x’, z’, α’) sont générés lors de la détermination d’un profil cible de l’extrémité (5) de la pièce mobile (2), avec (x’, z’) désignant les coordonnées d’un point cible (A’) d’un profil cible et α’ la tangente au point cible (A’), x’ étant une coordonnée suivant la direction de balayage (X) parallèle à la direction d’avancement de la pièce mobile (2) et z’ étant une coordonnée suivant la direction transversale (Z).
  4. Procédé d’accostage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les vecteurs de mesure (x, z, α) sont comparés aux vecteurs cibles (x’, z’, α’) pour déterminer, à partir de leur écart, un vecteur vitesse dans l’espace capteur, une opération de pseudo-inverse de la matrice d’interaction étant appliquée sur ce vecteur vitesse pour obtenir des vitesses cartésiennes et une multiplication par la matrice jacobienne inverse du robot (3) étant appliquée sur les vitesses cartésiennes pour obtenir une consigne de déplacement.
  5. Procédé d’accostage selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’initialisation dans laquelle la position de la pièce fixe (1) par rapport aux profilomètres (7) est déterminée pour pouvoir générer trois vecteurs cibles dont un premier vecteur cible (x’1, z’1, α’1) pour une étape de présentation des pièces (1, 2), un deuxième vecteur cible (x’2, z’2, α’2) pour une étape de chevauchement des pièces (1, 2) et un troisième vecteur cible (x’3, z’3, α’3) pour une étape de plaquage des pièces (1, 2).
  6. Procédé d’accostage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape d’initialisation, trois boucles d'asservissement successives des profils de l’extrémité (5) de la pièce mobile (2) par les profilomètres (7), obtenues grâce à la position approximative de la pièce mobile (2) par rapport au robot (3) et la position approximative des profilomètres (7) et de la pièce fixe (1) par rapport au robot (3), permettant de générer des vitesses de déplacement du robot (3) réalisant les vitesses souhaitées dans l'espace des mesures.
  7. Procédé d’accostage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les boucles d'asservissement comprennent chacune une opération de mesure de profil au point (A) de l’extrémité (5) de la pièce mobile (2) par les profilomètres (7) générant un vecteur de mesure (x, z, α) lors de l’étape de présentation des pièces (1, 2), de l’étape de chevauchement des pièces (1, 2) et de l’étape de plaquage des pièces (1, 2).
  8. Procédé d’accostage selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que lors de l’étape de présentation des pièces (1, 2), les distances entre les deux pièces (1, 2) selon la direction de balayage (X) et la direction transversale (Z) sont de quelques centimètres, lors de l’étape de chevauchement, la pièce mobile (2) translate vers la pièce fixe (1) selon la direction de balayage (X) jusqu’à une distance inférieure à quelques millimètres selon la direction de balayage (X) et en maintenant une distance de quelques centimètres par rapport à la pièce fixe (1) selon la direction transversale (Z), lors de l’étape de plaquage, la pièce mobile (2) translate par rapport à la pièce fixe (1) selon la direction transversale (Z) jusqu’à ce que les deux pièces (1, 2) soient en contact.
  9. Dispositif d’accostage automatisé d’une pièce mobile (2) vers une pièce fixe (1) mettant en œuvre un procédé d’accostage tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, la pièce fixe (1) et la pièce mobile (2) comprenant chacune une extrémité (4, 5), les deux extrémités (4, 5) formant une interface d’accostage (6), caractérisé en ce qu’il comprend :
    • plusieurs profilomètres (7) répartis à différents points de l’interface et configurés pour mesurer le profil de l’extrémité (5) de la pièce mobile (2) et le profil de l’extrémité (4) de la pièce fixe (1),
    • un moyen de traitement configuré pour générer une consigne de déplacement de la pièce mobile (2) par rapport à la pièce fixe (1) à partir des mesures du profil de l’extrémité (5) de la pièce mobile (2) et du profil de l’extrémité (4) de la pièce fixe (1) réalisés par les profilomètres (7), et
    • un robot (3) configuré pour déplacer la pièce mobile (2) par rapport à la pièce fixe (1) en fonction de la consigne de déplacement.
  10. Dispositif d’accostage selon la revendication 9, caractérisé en ce que les profilomètres (7) sont des profilomètres laser répartis régulièrement autour de l’interface d’accostage (6).
  11. Dispositif d’accostage selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les profilomètres (7) sont solidaires d’une partie fixe (15) du robot (3).
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