P25 Développement d'un cobot

Bras robotique Moveo BCN3D

Cahier des charges

Présentation du projet

Le Fablab Lille est un lieu de fabrication ouvert à tous permettant à toute personne ayant un projet de trouver les moyens de le réaliser grâce au nombreuses machines numériques mises à disposition. Impression 3D, découpe laser, personnalisation d'objet, électronique, sont quelques unes des possibilités offertes. C'est un lieu d'échange qui prône le Do It Yourself et où des "makers" d'horizons différents peuvent concrétiser leurs idées. Le but du Fablab : rendre accessible le protypage, l'expérimentation, la personnalisation, et la production en petites série. De ce fait, des personnes de formations et d’horizons différents viennent afin de réaliser leur projet.
L’utilisation d’un cobot, ou robot collaboratif, peut donc s’avérer utile afin d’assister les « makers » en effectuant des tâches simples programmables sans risques de blesser l’utilisateur ou sans endommager son environnement.

Objectif du projet

L'objectif de ce projet est de réaliser un cobot, ou robot collaboratif. Ce robot serai un démonstrateur de bras robotique pouvant être utilisé en interaction avec les humains.
La première étape de ce projet sera tout d'abord de terminer la conception du bras avant de commencer la programmation. Deux modes de fonctionnement sont envisagés pour la réalisation de ce projet:

• Déplacement axe par axe puis global du bras.
• Mode d'aide permettant d'amplifier la force appliquée par un humain.

Diagramme 'Bête à corne'

Diagramme 'Pieuvre'

FP1: Assister l'utilisateur dans la réalisation d'une tâche.
FP2: Préserver l'environnement du bras (humain ou matériel).
FC1: Être programmable.
FC2: Interagir avec l'utilisateur.
FC3: Doit savoir soutenir une charge.
FC4: Protéger le câblage apparent.

Choix matériel et logiciel

Justification matérielle par diagramme FAST

Afin de réaliser ce projet, l'utilisation des composants suivants sera envisagé:

• Le bras robotique open source Moveo BC3ND partiellement monté.
• Une carte Arduino MEGA 2560afin de pouvoir modifier la position du robot.
• Un joystick shield arduino afin de pouvoir contrôler le robot et le faire bouger.
• Des moteurs pas-à-pas afin de motoriser le bras robotique de façon précise.
• Des cartes de commandes TB6560 afin de contrôler les moteurs par le biais de l'arduino.
• Des capteurs de types roues codeuses afin de pouvoir récupérer la position du robot.
• Un écran LCD pour arduino afin de renseigner l'utilisateur sur le mode de fonctionnement.
• Des capteurs de proximités afin de connaitre l’environnement du robot.
• Des sondes de courant, afin d'effectuer le monitoring du courant dans les moteurs et détecter une collision.
• Un accéléromètre afin de détecter une éventuelle détection.

Liste des tâches

La liste des tâches à effectuer pour réaliser ce projet au mieux est la suivante:

Tâches préliminaires:

• Terminer la conception du bras robotique.
• Motorisation du bras robotique.

Partie 1: Base du mouvement:

• Mouvement du bras sur 1 axe en boucle ouverte.
• Mouvement du bras en chaine cinématique ouverte.

Partie 2: Mode collaboratif sur 1 axe:

• Détection d'un obstacle sur le premier axe.
• Reprise du mouvement après obstacle.

Partie 3: Mode collaboratif sur 2 axes:

• Détection d'un obstacle sur le deuxième axe.
• Reprise du mouvement après obstacle.
• Combinaison programme pour les 2 axes simultanément.

Partie 4: Robot global:

• Détection sur les autres axes.
• Reprise du mouvement après obstacle.
• Combinaison des programmes pour détection sur le robot entier.

Calendrier prévisionnel

Pour la réalisation de ce projet, les tâches et leurs durées (exprimées en jours) sont les suivantes:

Le déroulement du projet complet comprenant la liste des tâches à effectuer ainsi que le diagramme de Gantt du projet sont visible sur le fichier PDF suivant:
Fichier:Gantt PFE.pdf







Des durées plus grandes sont accordées pour les premières phases du projet, c'est-à-dire pour le mode collaboratif sur le premier axe. L'hypothèse est faite qu'ensuite, il faudra moins de temps pour réitérer ces tâches sur les autres axes car la méthode pour détecter les obstacles et reprendre le programme sera alors connue.

Bibliographie

Afin de mieux savoir ce qu'est un "cobot" ou robot collaboratif, voici quelques articles intéressants à lire afin de mieux comprendre les avantages d'un robot collaboratif par rapport à un robot industriel:

• http://www.humarobotics.com/la-robotique-collaborative/
• http://www.mb-s.fr/robot-collaboratif-vs-robot-industriel-traditionnel.html
• https://www.generationrobots.com/blog/fr/2015/01/robots-collaboratifs-et-robots-traditionnels-les-5-differences-cles/

Les liens suivants présentent 3 robots collaboratifs commercialisés dans l'industrie:
Le robot 'Baxter' de l'entreprise Rethink Robotics:

• https://youtu.be/8N9TsiMQ_eI

'Sawyer', le deuxième robot collaboratif de rethink Robotics:

• https://youtu.be/S4mULTknb2I

Le robot collaboratif de ABB Robotics, 'YuMi':

• https://www.youtube.com/watch?v=2KfXY2SvlmQ

Travail Réalisé

Dans cette partie, je vais détailler l'ensemble du travail que j'ai réalisé lors de ces séances de projet.

Partie Préliminaire

Terminer la conception du bras robotique

Afin de terminer la conception du bras robotique Moveo BCN3D présent au Fabricarium, il convient d'achever la création de plusieurs éléments du bras. Il faut entre autre créer le préhenseur venant se placer au bout du bras ainsi que la base sur laquelle viendra se fixer notre robot démonstrateur.

Préhenseur

Pour le préhenseur du bras, je pensais réutiliser le préhenseur que j'ai dû designer lors des séances "d'initiation à la mécatronique" lors du dernier semestre. Ce préhenseur (présenté ci-dessous) à été réalisé sous le logiciel de CAD en ligne 'onshape'. Ce logiciel a pour intérêt de sauvegarder chacune des création sur un cloud, ce qui nous permet d’accéder à nos fichiers depuis n'importe quel PC.

Le point fort de ce type de préhenseur est qu'il peut prendre des objets ronds ou plats grâce aux biellettes qui permettent à la pince de se courber pour s'adapter à la forme de l'objet.



Ci-dessus, le préhenseur monté après que toutes les pièces aient été imprimé. Des vis sont utilisées afin de servir d'axes. De plus j'ai rajouté des capteurs de force au bout des doigts de la pince (photo de droite). Leur intérêt est de mesurer la force appliquée à l'objet entre les doigts et donc de savoir si on exerce une trop grosse pression sur l'objet. Les 2 câbles de chaque capteurs ont été collés ensemble avec du chatterton afin d'éviter leur dispersion et ainsi diminuer le risque qu'ils s'arrachent durant une tâche.
Cela conclut la partie "réalisation du préhenseur".

Base du robot

Pour ce projet, il faut également créer une base pour accueillir le bras. Cette base devra être assez lourde et assez solide afin de supporter le poids du robot ainsi que de sa charge.Cela devrait suivre l'exemple suivant:

Ci-dessous, le plan de menuiserie pour le perçage de la plaque qui servira de support pour le bras:
Fichier:Support Cobot.pdf

Réalisation des devis

-Devis du 16 octobre 2017:
Le bras robotique ayant déjà été commencé lors de l'année précédente par le fabricarium, une commande pour les moteurs avait déjà été faite. Malheureusement, le fournisseur de ces moteurs est devenu injoignable et n'a pas livré les moteurs. Je dois donc réaliser un devis afin d'acheter tout le nécessaire pour motoriser le bras ainsi que tous les capteurs dont j'aurai besoin pour le transformer en cobot.
Après quelques recherches, le devis qui est ressorti et qui a été validé par les tuteurs du projet est le suivant:
https://drive.google.com/open?id=0ByKP9w_p1fHAMUVXT2txS0hKT2s

Matériel emprunté

Une partie du matériel est emprunté à Polytech Lille. Ces composants sont:

• Une breadboard.
• Un accéléromètre.