Contribution sur l’étude de répétabilité en position des robots industriels

Khirani, Hemza (2021). Contribution sur l’étude de répétabilité en position des robots industriels. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’erreur de répétabilité quantifie le niveau de dispersion spatiale de la pose programmée d’un robot. C’est une caractéristique métrologique très importante d’un robot industriel. Les recommandations pour calculer la répétabilité des robots industriels sont présentées dans la norme ISO 9283.

Deux robots, LR Mate 200iD de FANUC et KR6 de KUKA, sont utilisés dans le cadre du présent projet. Leurs répétabilités sont estimées par un dispositif TriCal selon la méthode ISO 9283. Ce dispositif portable de mesure 3D peut être utilisé pour calibrer le robot, évaluer sa précision de position ou simplement pour mesurer sa répétabilité de position. En effet, notez que la répétabilité des robots industriels est typiquement mesurée avec un laser tracker, mais n’est pas suffisamment précise pour mesurer des erreurs de position de l’ordre de 0,020 mm, et moins. En revanche, notre TriCal est précis à quelques micromètres lorsqu'il s’agit de mesurer des erreurs de position allant jusqu’à 1 mm.

Ce mémoire présente les résultats et les analyses statistiques d’une étude consacrée à l’estimation de la répétabilité. L’influence de trois facteurs (temps de réchauffement, chargement et effet de la flexibilité) est étudiée.

On a mesuré la répétabilité dans cinq positions selon le cube ISO 9283, en utilisant 300 répétitions par position pour chaque test différent. Un plan factoriel complet d’expériences (DOE) à deux facteurs et trois niveaux a été adopté. Les deux principaux facteurs (chargement et le temps de réchauffement) sont investigués. Par la suite, trois positions sont choisies, une lorsque le robot est complètement étendu (donc plus flexible), une lorsque le robot est replié (donc plus rigide) et une autre entre les deux premières, pour voir l’effet de la flexibilité du robot sur la répétabilité.

Les résultats montrent que les deux robots se comportent globalement de la même manière, et les dispersions les plus mauvaises sont présentées à froid. La dispersion atteint des valeurs allant jusqu’à 0,27 mm et 0,15 mm pour les robots FANUC et KUKA, respectivement. Après au moins 2 heures d’échauffement, les écarts sont améliorés pour atteindre des valeurs inférieures à 0,005 mm. On a trouvé aussi que la dispersion est fortement affectée par le chargement pendant la période d’état froid. Cependant, cet effet disparaît progressivement au fil du temps, en particulier lorsque le robot atteint la période de stabilité thermique. De plus, la période d’état froid et les positions P2 et P3 offrent la pire répétabilité pour les deux robots (effet de facteur de la flexibilité). Après utilisation de l’analyse ANOVA pour voir l’effet de facteur de la flexibilité sur les deux robots, on a trouvé que ce facteur a un effet plus important sur le robot FANUC.

Titre traduit

Contribution of the repeatability in industrial robots

Résumé traduit

The repeatability error quantifies the level of spatial dispersion of a robot’s programmed pose. This is a very important meteorological characteristic of an industrial robot. The recommendations for calculating the repeatability of industrial robots are presented with the ISO 9283 standard.

Two robots, LR Mate 200iDfrom FANUC and KR6 from KUKA, are used in this project. Their repeatability is measured by a Trical device according to the ISO 9283 method. This portable 3D measuring device can be used for calibrating the robot, evaluating its position accuracy, or simply for measuring its position repeatability. Indeed, note that the repeatability of industrial robots is typically measured with a laser tracker, but a laser tracker in not accurate enough to measure position errors in the range of 0.020 mm or less. In contrast, our Trical is accurate to a few micrometers when it comes to measuring position errors of up to 1 mm.

This project presents the results and statistical analyses of a study devoted to the estimation of repeatability. The influence of three factors (warm-up, loading and flexibility) is studied. We measure repeatability infive positions according to the ISO 9283 cube, by taking 300 measurements (per position) for each different test. A two-factor, three-level Complete Factorial Design of Experiments (DOE) was adopted in these experiments. The two main factors (loading and warming up) are investigated. Three positions are chosen for further analyses, one when the robot is folded (therefore more rigid), one when it is stretched (therefore more flexible), and one in between to see the effect of flexibility on repeatability.

The results show that the two robots behave globally in the same way, and the worst dispersions are presented when the robots are cold. The dispersion reaches a value of up to 0.27 mm and 0.15 mm for the FANUC and KUKA robots, respectively. After at least 2 hours of warmup, the differences are improved to reach values of less than 0.005 mm. It was also found that dispersion is strongly affected by loading during the cold period. However, this effect gradually disappears over time, especially when the robot reaches the period of thermal stability. In addition, the cold state period and the P2 and P3 positions provide the worst repeatability for the two robots (flexibility factor). After using the ANOVA analysis to see how the flexibility factor influences the two robots, we found that this factor is affecting the FANUC robot more.

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 avec mémoire en génie de la production automatisée". Comprend des références bibliographiques (pages 65-72).
Mots-clés libres:	répétabilité, ISO 9283, robot sériel
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Tahan, Souheil-Antoine
Codirecteur:	Codirecteur Bonev, Ilian
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt:	02 nov. 2021 15:42
Dernière modification:	02 nov. 2021 15:42
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2765

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