TIC$Santé$2A$
Robotique
Bernard$Bayle$−$Télécom$Physique$Strasbourg$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 1$
CHRONOLOGIE*
Robo?que$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 2$
Bernard Bayle$
Préliminaires*
! 5270$–$Ktesibios$invente$une$horloge$à$eau$avec$chiffres$mobiles$
! 1818$–$Mary$Shelley$dans$Frankenstein$crée$une$des$premières$stars$humanoïdes$$
! 1921$–$Karel$Capek$invente$le$mot$robot$$$$pour$Rossum's/Universal/Robots/
! 1942$–$Isaac$Asimov,$dans$Runaround,$ $$énonce$les$3$lois$de$la$robo5que$:$
1. Un/robot/ne/peut/porter/a:einte/à/un/être/humain,/ni,/restant/passif,/perme:re/qu'un/être/humain/soit/exposé/au/danger./
2. Un/robot/doit/obéir/aux/ordres/que/lui/donne/un/être/humain,/sauf/si/de/tels/ordres/entrent/en/conflit/avec/la/Première/loi./
3. Un/robot/doit/protéger/son/existence/tant/que/ce:e/protec5on/n'entre/pas/en/conflit/avec/la/Première/ou/la/Deuxième/loi./
Repères$chronologiques$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 3$
Bernard Bayle$
An>quité*
! 1954$ –$ Raymond$ Goertz,$ présente$ le$premier$ système$ maîtreQesclave$ à$motorisa?on$électrique$
! 1956$ –$ George$ Devol$ et$ Joseph$ EngelQberger$fondent$la$première$compagnie$de$robo?que$
! 1961$ –$ $ UNIMATE$ :$ premier$ robot$industriel$ mis$ en$ place$ sur$ une$ ligne$ de$fabrica?on$General$Motors$
! 1969$ –$ Le$ Stanford$ Arm$ est$ le$ premier$bras$robo?que$à$ac?onnement$électrique,$contrôlé$par$un$ordinateur$
! 1970$–$Shakey,$développée$au$SRI,$ $est$la$première$plateQforme$mobile$robo?sée$
Repères$chronologiques$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 4$
Bernard Bayle$
Les*temps*modernes*
! 1974$–$ Le$manipulateur$Silver$Arm$réalise$des$ tâches$ d’assemblage$ en$ u?lisant$ le$retour$d’effort$
! 1979$–$«$Real$Time$Control$of$a$Robot$with$a$Mobile$Camera$»,$note$technique$du$SRI$
! 1981* –$ Premier$ déploiement$ du$ bras$Canadarm$ hors$ de$ la$ soute$ de$ la$ nave`e$Columbia$
! 1990$ –$ Produc?on$ annuelle$ de$ robots$es?mée$à$20000$machines$(note$:$en$2011,$166000$ventes,$selon$IFR)$
! 1994$–$Aesop$est$le$premier$robot$médical$approuvé$par$la$FDA$aux$EtatsQUnis$
Repères$chronologiques$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 5$
Bernard Bayle$
Aujourd’hui,*une*grande*diversité…*
Repères$chronologiques$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 6$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 7$
Big$Dog,$Boston$Dynamics,$2005$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 8$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 9$
Denso$VS$Series,$2012$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 10$
AU*FINAL**
QU’EST5CE*QU’UN*ROBOT*?*
Défini>on*par>elle*
$$Un/ robot/ est/ un/ système/ mécanique/ polyKar5culé,/ mû/par/ des/ ac5onneurs/ et/ commandé/ par/ un/ calculateur,/qui/est/des5né/à/effectuer/une/grande/variété/de/tâches./
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 11$
PANORAMA*
Robo?que$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 12$
Bernard$Bayle$$
Carte$de$la$robo?que$mondiale$
h`p://www.therobotreport.com$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 13$
Bernard Bayle
! Grandes$ entreprises$ de$ la$robo?que$ industrielle$ :$ Kuka,$Fanuc,$ Yaskawa,$ ABB,$ Denso,$Staubli,$Adept,$Kawasaki,$etc.$
! Principales$ entreprises$ de$ la$robo?que$non$manufacturière$
! Ins?tu?ons$
! Infos,$actualités,$etc.$
Carte$de$la$robo?que$mondiale$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 14$
h`p://www.therobotreport.com$
Bernard$Bayle$$
EUropean$Robo?c$Network$
h`p://www.euron.org/intro/index$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 15$
Bernard$Bayle$$
Groupe$de$recherche$en$robo?que$du$CNRS$
h`p://www.gdrQrobo?que.org/$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 16$
Bernard$Bayle$$
Groupe$de$recherche$en$robo?que$du$CNRS$
Club$des$partenaires$industriels$h`p://www.gdrQrobo?que.org/$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 17$
GDR5Robo>que*
feuille$de$route$12/2010$
APPLICATIONS*MANUFACTURIERES*
Robo?que$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 18$
Bernard$Bayle$$
Paleosa?on$et$condi?onnement$
Cermex*
Robot$de$paleosa?on$Q$PALQVITE$410$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 19$
Bernard$Bayle$$
Pick$and$place$
Adept*
Robot$qua`ro$s650h$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 20$
Bernard$Bayle$$
Soudure,*peinture,*usinage*
$
$
$
Process,$fabrica?on$et$assemblage$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 21$
Bernard$Bayle$$
Perspec>ves*:*
! Automa?sa?on$des$tâches$répé??ves$et$dangereuses$dans$les$usines$$
! Sécurité$des$systèmes$robo?ques$associant$des$hommes$(cobo?que)$
! Flexibilité$et$customisa?on$en$fabrica?on,$rapidité$des$tâches$
Acteurs*français*(350$M€)$:$$! Adept$France,$Alema$Automa?on,$BA$Systèmes,$BALYO,$Ber?n,$Cyberia,$
Cimlec$Industrie$(Gorgé),$Fanuc$France,$KUKA$France,$Newtec,$PCI,$Savoye$Logis?cs,$SEA$Produc?que,$Snox,$Staübli,$Tecnalia$$
$
$
$
[source$club$des$partenaires$GDRQRobo?que,$feuille$de$route$12/2010]$
$
Robo?que$manufacturière$:$marché$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 22$
Bernard Bayle
Miniaturisa>on* et* compliance$ :$ar?cula?ons$ et$ liaisons$ flexibles,$ac?onneurs$miniatures,$rotules$ac?ves$
Ac>onneurs* :* innovants$ (piezzo,$fluides,$ alliage$ à$ mémoire$ de$ forme),$diminu?on$du$rapport$poids/puissance,$diminu?on$ de$ la$ consomma?on,$ du$bruit…$
Capteurs* :* capteurs$ d’effort,$ de$contact,$intégra?on,$MEMS$
Perspec?ves$:$encore$quelques$défis…$
DLR/Kuka*
Lightweight$robot$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 23$
Bernard Bayle
Perspec?ves$:$encore$quelques$défis…$
DLR/Kuka*
Lightweight$robot$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 24$
Bernard Bayle
Perspec?ves$:$encore$quelques$défis…$
Prêts$?$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 25$
APPLICATIONS**
NON*MANUFACTURIERES*
Robo?que$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 26$
Bernard$Bayle$$
Grande$robo?que,$nucléaire$
iRobot*
Packbot,$Fukushima$CEA*
Robot$de$téléopéra?on$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 27$
Bernard$Bayle$$
Robo?que$militaire$:$sol,$air,$mer$
US*Army*
Robot$militaire$en$Iraq$iRobot,*Science5fic>on*?$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 28$
Bernard$Bayle$$
Robo?que$de$transport$
Stanford*Touareg*
Vainqueur$du$$Darpa$Grand$Challenge$
Google*car*
Immatriculée$$dans$le$Nevada$en$2012$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 29$
Bernard$Bayle$$
Robo?que$agricole$
Robo>c*Harves>ng,*LLC.*
Robot$pour$la$récolte$de$fraises$$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 30$
Bernard$Bayle$$
Robo?que$personnelle,$d’éduca?on,$de$loisirs$
Woowee*Tribot*
300$$
Aldebaran*Nao*
16000$$
MIT*Tofu*
Interac?on$sociale$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 31$
Bernard$Bayle$$
Robo?que$d’assistance$(personne,$pra?cien)$
DLR*
Miro$Surge$
Intui>ve*Surgical*
Da$Vinci$robot$Oeo*Bock*$
Prothèse$Myoblock$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 32$
Bernard$Bayle$$
Acteurs*français*(total$CA$>$1100M€)$:$$*
Robo>que* industrielle* non* manufacturière* :$ ALCI,$ Ber?n$ technologies,$Cyberne?x,$ECA,$Renault$advanced$engineering,$Roboso|,$R&D$Tech,$Tecnalia$
Nucléaire*:$Ber?n$Technologies,$Bouygues,$CEA,$EDF,$Tecnalia$
Transport*:*Apojee,$Dassault$Avia?on,$Induct,$Valeo,$Roboso|$
Agricole*:*Claas$France,$Laotude,$Lelly,$Renault$Agriculture$
Militaire*sol:*Thalès,$Sagem,$Nexter$Systems,$Roboso|,$R&D$Tech$;*air*:$Cassidian,$Ber?n$technologies,$DCNC,$EADS,$Cyberia,$Dassault$Avia?on,$Flying$robot,$MBDA,$Parrot,$ SAGEM$ DS,$ SYSNAV,$ THALES$ ;* mer* :$ ECA,$ Thales$ Underwater$ Systems$(TUS),$DCNS$$
Technologies* :$Acapela,$Autocruise,$CRIIF,$ Effidence,$ Festo,$Hap?on,$ Intempora,$Kineo,$ Na?onal$ Instruments,$ Prolexia,$ Py$ Automa?on,$ Robopec,$ Spirops,$Symétrie,$Viametris,$Voxler,$Vocally,$As$An$Angel,$Wifibot,$Roboso|$
$
[source$club$des$partenaires$GDRQRobo?que,$feuille$de$route$12/2010]$
$
Robo?que$non$manufacturière$:$marché$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 33$
Bernard$Bayle$$
Acteurs*français*(total$CA$>$1100M€)$:$$*
Robo>que*personnelle**:$Aldebaran,$Mindscape,$Roboso|,$Robopolis,$Wany,$Withings$
Educa>on*:$Aldebaran,$FESTO,$Meccano,$Planète$Sciences$,$POB$Technology,$Robopolis,$Roboso|,$Wany,$Wifibot$
Loisirs*:$Aldebaran,$Dialonics,$KUKA,$Meccano,$Mindscape,$Parrot,$Planète$Sciences,$POB$Technology,$Robopolis,$Roboso|,$SYROBO,$Wany$
Assistance*à*la*personne*(100M€,*niveau*stratégique*très*fort)$:$Aldebaran,$Fatronik,$Hap?on,$ISISRobo?cs,$Magellium,$Roboso|$$
Assistance*au*médecin*(150M€,*niveau*stratégique*très*fort)$:*Adept,$Aesculap,$AS2I,$Axilum$Robo?cs,$BA$Systèmes,$Collin,$Endocontrol,$GE$medical$systems$scs,$ISIS,$KOELIS,$Medtech,$Praxim,$Roboso|,$Staubli,$SurgiQual,$Variant$$
[source$club$des$partenaires$GDRQRobo?que,$feuille$de$route$12/2010]$
$
Robo?que$non$manufacturière$:$marché$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 34$
ENTRONS*UN*PEU**
DANS*LE*VIF*DU*SUJET…*
Eléments$de$technologie$des$robots$manipulateurs$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 35$
Bernard$Bayle$$
Cons?tu?on$d’un$robot$manipulateur$
Kuka$KR$240$
Ac?onneur$$ou$moteur$
Ar?cula?on$ou$axe$Corps$ou$segment$
Organe$terminal$$ou$effecteur$
Base$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 36$
Bernard$Bayle$$
Deux$types$de$liaisons$principalement$:$! glissières$(prisma5c,$PQjoint)$
! pivots$(revolute,$RQjoint)$
Ar?cula?ons$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 37$
Liaison$glissière$
Guidages$linéaires$$à$recircula?on$de$billes$
[Wikimedia$Commons]$ Schéma?sa?on$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 38$
Liaison$pivot$
Axe$liaison$?ge$vérin$$de$levage$de$manège$
[Wikimedia$Commons]$ Schéma?sa?on$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 39$
Liaison$sphérique$
Poignet$robot$ABB$IRB$2400$
Schéma?sa?on$US$Patents$Class$901$Robots$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 40$
Fabrica?on$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 41$
ENTRONS*UN*PEU**
DANS*LE*VIF*DU*SUJET…*
Architecture$des$robots$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 42$
Bernard Bayle
Défini>on*:$$Robot/ série/ :/ mécanisme/ en/ chaîne/cinéma5que/ ouverte/ cons5tué/ d’une/alternance/de/corps/et/de/liaisons.//
$
Caractéris>ques*principales*:*
! polyvalence$! espace$de$travail$important$
! modélisa?on$et$analyse$assez$simples$
! rigidité$moyenne$
! charges$généralement$limitées$
Architecture$série$
Robot*palekseur*SCARA**
Mitsubishi$RH$
Robot*anthropomorphe*6R*
$Staubli$TX$200$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 43$
Bernard Bayle
Défini>on*:$$Robot/ parallèle/ :/ mécanisme/ en/ chaîne/cinéma5que/fermée/dont/l'organe/terminal/est/ relié/ à/ la/ base/ par/ plusieurs/ chaînes/cinéma5ques/indépendantes.//$
Caractéris>ques*principales*:*
! $meilleure$précision$
! charges$importantes$
! performances$dynamiques$élevées$
! espace$de$travail$limité$
! modélisa?on$et$analyse$complexes$
Architecture$parallèle$
Mécanisme*Delta*
Applica?ons$Force$dimension$et$CSEM$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 44$
ENTRONS*UN*PEU**
DANS*LE*VIF*DU*SUJET…*
Caractéris?ques$des$robots$manipulateurs$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 45$
Espace$de$travail$
Kuka$KR$240$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 46$
Espace$de$travail$
Kuka$KR$240$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 47$
Performances$
Kuka$KR$240$Charges Charge admissible : 240 kg Charge supplémentaire : 50 kg Enveloppe d'évolution Portée max. : 2496 mm Autres caractéristiques et versions Nombre des axes : 6 Répétabilité : ±0,06 mm Poids : 1102 kg Positions de montage : Sol Commande : KR C4 Classe de protection : IP 65
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 48$
Performances$
Fanuc$LR$MATE$200iC$Axes$contrôlés$:$6$Contrôleur$:$RQ30iA$Mate$Charge$embarquée$max$au$poignet$[kg]$:$5$Répétabilité$[mm]$:$0,02$Poids$[kg]$:$27$Rayon$d'ac?on$[mm]$:$704$
$Amplitude$[°]$ $Vitesse$max$[°/s]$Axe$1 $340/360$ $350$Axe$2 $200 $ $350$Axe$3 $388 $ $400$Axe$4 $380 $ $450$Axe$5 $240 $ $450$Axe$6 $720 $ $720$Classe$de$protec?on$:$IP$67$$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 49$
ENTRONS*DÉFINITIVEMENT**
DANS*LE*VIF*DU*SUJET…*
Modélisa?on$et$commande$des$robots$manipulateurs$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 50$
Bernard$Bayle$$
Plan*du*cours*:*
! ou?ls$mathéma?ques$
! paramétrage$et$modélisa?on$géométrique$et$cinéma?que$des$robots$série$
! éléments$de$commande$des$robots$
! simula?on$de$systèmes$robo?ques$(TPs$avec$ROS)$
Compétences*acquises*:**
! analyse$des$propriétés$d’un$robot$manipulateur$
! capacité$de$synthèse$des$modèles$d’un$robot$série,$simula?on$d’un$tel$modèle$
Objec?fs$du$cours$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 51$
Bernard$Bayle$$
Plan*du*cours*:*
! ou?ls$mathéma?ques$
! paramétrage$et$modélisa?on$géométrique$et$cinéma?que$des$robots$série$
! éléments$de$commande$des$robots$
! simula?on$de$systèmes$robo?ques$(TPs$avec$ROS)$
Travail*et*évalua>on*:**
! 1$travail$personnel$en$autonomie$(non$noté)$
! 1$projet$sur$2$séances$de$TPs$(noté,$coef$1/3$du$total)$! 1$exam$final$(noté$évidemment,$coef$2/3$du$total)$
Objec?fs$du$cours$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 52$
Bernard$Bayle$$
Ouvrages*de*référence*:*$
! B.$Siciliano,$O.$Kha?b.$Handbook$of$Robo?cs,$Springer,$2008$(sur$CD$à$la$bibliothèque).$$
! R.$Murray,$ Z.$ Li,$ S.$ Sastry.$ A$mathema?cal$ introduc?on$ to$ robo?c$manipula?on,$CRC$Press.$$
! J.$ Craig.$ Introduc?on$ to$ robo?cs$ Q$mechanics$ and$ control,$ Pearson$Educa?on$(3ème$édi?on),$2008.$$
! W.$ Khalil$ et$ E.$ Dombre.$ �Modélisa?on,$ iden?fica?on$ et$ commande$des$robots�,$Hermes,$1999.$$
! J.QP.$Merlet.$Les$Robots$parallèles.$Hermes,$1997.$
! C.$Canudas$de$Wit,$B.$Siciliano$et$G.$Bas?n.$Theory$of$robot$control,$Springer,$1996.$$
Bibliographie$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 53$
Bernard$Bayle$$
En*ligne*(entre*autres…)*:*$
! R.$Murray,$Z.$Li,$S.$Sastry.$A$mathema?cal$introduc?on$to$robo?c$manipula?on,$CRC$Press$$h`p://www.cds.caltech.edu/~murray/mlswiki/index.php/First_edi?on$
! W.$Khalil$et$E.$Dombre.$�Robots$manipulateurs$de$type$série$h`p://www.gdrQrobo?que.org/cours.php$
! Robo?cs$CourseWare.$OpenCourseWare$$h`p://robo?cscourseware.org/$
Bibliographie$$
Robo?que,$TIC$Santé$2A$ 54$