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Modélisation et simulation dynamique d'un robot avec bras et membrures flexibles par le logiciel MD Adams

Santos, Thomas (2013). Modélisation et simulation dynamique d'un robot avec bras et membrures flexibles par le logiciel MD Adams. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’institut de recherche d’Hydro-Québec développe depuis de nombreuses années un robot à 6 degrés de liberté afin de réaliser des réparations in situ d’équipements hydroélectriques. Ce robot a été conçu dans le but d’effectuer plusieurs tâches de réparation comme le soudage, le meulage, ou encore le martelage, tout en gardant l’équipement à réparer dans son environnement. Pour ceci le robot possède des qualités de compacité, de portabilité et de légèreté qui impliquent malheureusement des problèmes au niveau vibratoire lors de différents procédés.

Ce mémoire présente donc la modélisation numérique du robot SCOMPI à 6 degrés de liberté à l’aide d’un logiciel multi-corps MD Adams. La flexibilité des joints et membrures sont mises en places dans ce modèle. Les phénomènes tels que la rigidité non-linéaire, l’erreur cinématique et l’hystérésis sont introduits dans la flexibilité des joints. Ensuite, pour considérer la flexibilité des membrures, un logiciel éléments-finis, Patran, est utilisé en parallèle afin de déterminer les informations modales de chaque bras et de les introduire dans le modèle Adams. Le comportement vibratoire peut donc être observé pour une trajectoire prédéfinie.

Ensuite, une partie expérimentale est exposée. Elle a pour objectif de valider le modèle numérique en inspectant la trajectoire de l’effecteur avec un système de mesure laser. En effectuant un traitement des données avec notamment l’utilisation d’un programme de minimisation paramétrée, les données mesurées par le laser de poursuite peuvent être confrontées aux données simulées par Adams. L’étude des mesures dynamiques permettent donc de déterminer l’effet de différents phénomènes comme la rigidité, l’hystérésis et l’erreur cinématique. L’importance de la rigidité non-linéaire a pu être montrée et la trajectoire globale du robot SCOMPI a été retrouvée avec le modèle Adams. Les modes vibratoires ont également pu être retrouvés avec le logiciel Adams.

Pour finir, une modélisation simplificatrice des efforts de meulage est mise en place dans le modèle numérique en introduisant un balourd au niveau du disque de meulage. Cette modélisation permet de tester la stabilité du modèle mais aussi de voir l’apparition d’ondulations vibratoires lorsque le robot est excité par une force dynamique à l’effecteur.

Résumé traduit

Hydro-Québec’s research institute (IREQ) has developed since many years a robot with 6 degrees of freedom to achieve in situ hydropower equipments repairs. This robot was designed to perform multiple tasks as welding repairs, grinding or hammer peening, while the repaired equipment stays in place. This is why, the robot is very compact, portable and very light: all those characteristics involve vibrational issues such as the end-effector trajectory control and the material removal.

This thesis presents a numerical modeling of the SCOMPI robot with 6 degrees of freedom thanks to a multi-body software, MD Adams. Joints and links are defined as flexible in the model. Some phenomena such as non-linear stiffness, kinematic error and hysteresis are included into joints flexibility. Then, to consider the link’s flexibility, a finite-element software, Patran is used in the same time to determinate link’s modal information and introduce them into the Adams model. The vibrational behavior can be observed for a determined trajectory.

An experimental part is exposed. The objective is to validate the numerical model, by measuring the end-effector trajectory with a laser tracker. When performing data processing including the use of a minimization program with parameters, the data measured by the laser tracker can be compared with results simulated by Adams. The analysis of the dynamic measurements helps to determine the effect of different parameters such as stiffness, hysteresis and kinematic error. The importance of non-linear stiffness has been proved and the overall trajectory of the SCOMPI robot was found in agreement with the Adams model. The vibrational modes have also been determined with Adams software.

Finally, a simplified modeling of the grinding load is implemented in the numerical model by introducing an unbalanced rotating mass on the grinding wheel. This modeling is used to test the stability of the model but also to see vibrational oscillations when the robot is driven by a dynamic force at the end-effector.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliographie : pages 173-176.
Mots-clés libres: Robots. Membres. Préhenseurs. Vibration. Logiciels. Méthode des éléments finis. Meulage. Hystérésis. 6, Adams, bras, ddl, flexible, harmonique, joint, MD, membrure, réducteur, SCOMPI, meulage robotisé, rigidité non-linéaire, erreur cinématique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Liu, Zhaoheng
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 04 déc. 2013 16:17
Dernière modification: 10 mars 2017 21:31
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1233

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