Identification dynamique des robots à flexibilités articulaires

This work is the result of collaboration between IRCCyN and ONERA on dynamic identification of robots with joint flexibilities, used for example in new applications for collaborative robotics. The usual identification technique in robotics requires the actual data of motor positions and the actual data of elastic deformations, which are usually not available in industrial robots. Recently, a new technique called DIDIM (Direct and Inverse Dynamic Identification Models), which uses only the data of motor torques, has been proposed and validated on rigid robots. This thesis proposes an extension of DIDIM, which uses no actual position data at all, to the case of robots with joint flexibilities. First, a comparative study on a rigid 6-axis robot with 61 parameters, shows the superiority of DIDIM over a conventional method CLOE (Closed- Loop Output Error) in position: DIDIM converges 100 times faster and is strongly more robust with respect to errors in the initial conditions. Second, DIDIM is extended to robots with joint flexibilities in a three steps procedure: a rigid model identification at low frequencies, an approximated identification of the flexible mode and of the inertia of each side of the flexibility, and finally the overall accurate identification of the full flexible dynamic model. A first experimental validation is performed on a test bench robot with one joint and one flexibility. A second validation in simulation on the 7 axes Kuka Light Weight Robot shows the effectiveness of DIDIM applied to industrial robots with joint flexibilities, in the case where the actual control law is known.Ce travail résulte d'une collaboration entre l'IRCCyN et l'ONERA sur l'identification dynamique des robots à flexibilités articulaires, utilisés par exemple dans les applications de la robotique collaborative. La technique d'identification usuelle en robotique nécessite la mesure des positions moteurs et la mesure des déformations élastiques, non disponibles sur les robots industriels. Récemment, une nouvelle technique nommée DIDIM (Direct and Inverse Dynamic Identification Models), qui utilise uniquement la mesure des efforts moteurs, a été proposée et validée sur les robots rigides. Cette thèse propose une extension de DIDIM, qui n'utilise aucune mesure de position, aux cas des robots à flexibilités articulaires. On réalise d'abord une étude comparative sur un robot rigide 6 axes avec 61 paramètres, qui démontre la supériorité de DIDIM sur une méthode usuelle en boucle fermée à erreur de sortie en position (CLOE) : DIDIM converge 100 fois plus vite et est largement plus robuste vis à vis des erreurs sur les conditions initiales.Ensuite DIDIM est étendue aux robots à flexibilités articulaires avec une procédure en trois étapes : une identification du modèle rigide en basses fréquences, une identification du mode flexible et des inerties de part et d'autre de la flexibilité et enfin une identification globale précise du modèle dynamique flexible complet. Une validation expérimentale est réalisée sur un banc d'essai de robot un axe avec une flexibilité. Ensuite, une validation en simulation sur le robot 7 axes Kuka Light Weight Robot montre l'efficacité de la méthode DIDIM appliquée aux robots à flexibilités articulaires industriels, dans le cas où la commande est connue

Robot Process Control

Ce rapport est décomposé en 8 parties. La seconde partie rappelle les bases de la modélisation des robots à architecture série et présente les modélisations des deux robots. La troisième présente les méthodes d'identification utilisées. La quatrième décrit le processus d'identification du modèle de raideur par des essais à sortie bloquée. Les parties 5 et 6 exposent les résultats expérimentaux sur les deux robots. Enfin une conclusion et une bibliographie terminent ce rapport.Report is composed of 8 parts. The second one describes the basis of serial robot modelling. The third presents identification methods. The fourth part described the identification process of the model of flexibilities with tests used blocked tool frame. The parts 5 and 6 show the experimental results for the two different robots. Finally, the conclusion and the bibliography finish the report.AN

Identification du modèle avec flexibilité : méthode et paramètres numériques

Cette tâche traite de l'identification expérimentale des paramètres dynamiques de deux robots utilisés dans le projet COROUSSO : le robot Kuka KR270-2F et le robot Kuka KR500-2MT. Premièrement, les modèles dynamiques rigides des robots sont identifiés avec la méthode d'identification par modèle inverse et moindres carrés linéaires et/ou la méthode d'identification par erreur de sortie en position, en boucle ouverte. Deuxièmement, les raideurs articulaires et les gains d'actionnement des 3 premiers axes des robots sont identifiés grâce à des essais à effecteur bloqué. Les gains d'actionnement sont aussi identifiés avec des essais à vide et en charge. Les résultats de ces travaux sont utilisés pour la simulation des robots dans les autres tâches. En particulier dans la tâche 4.3, un simulateur du robot Kuka KR500-2MT avec prise en compte des raideurs articulaires est développé pour simuler les opérations d’usinage et de soudage