Agrégation externe SII - 2016 - Option SII et ingénierie mécanique - Épreuve de modélisation

Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique

Support : Bras ASSIST à compliance élevée

La cobotique est une évolution émergente de la robotique. Elle se caractérise par l'interaction entre un opérateur humain et un système robotique afin de, soit travailler avec lui, soit l'aider dans des situations particulières ou dans des tâches répétitives et fatigantes, évitant ainsi des troubles musculo-squelettiques. Contrairement aux robots classiques, les cobots (contraction de « Robots collaboratifs ») ne remplacent pas l'homme mais l'assistent dans ses tâches, avec pour objectif d'en diminuer la pénibilité.

Le robot ASSIST, utilisé ici dans un contexte domestique, est capable d’effectuer une tâche autonome de saisie, de manipulation et de transport d’un objet. Cette tâche s’effectue, en interaction avec l’environnement proche du robot et en toute sureté de fonctionnement que ce soit d’un point de vue de la commande que de la mécanique.

Dans ce type d’environnement, il est donc nécessaire de surveiller les efforts appliqués sur le bras afin d’éviter toutes situations de mise en danger de l’être humain ou de son environnement proche. Cette capacité à adopter un comportement souple vis-à-vis de son environnement s’appelle la compliance.

La conception du bras ASSIST a été faite de manière à limiter le nombre de couplages mécaniques. Les actionneurs sont embarqués dans les différents segments du bras de robot. Les moteurs d'axes 1 et 2 sont situés dans la base fixe. Ils permettent d'animer deux rotations de l'épaule. Le moteur de l'axe 3 quant à lui est embarqué dans le segment « bras » avec le moteur de l'axe 4. Ils permettent d'animer la dernière rotation de l'épaule et du coude. Les moteurs d'axes 5, 6 et 7 sont embarqués dans le module « avant-bras » et reproduisent les mouvements du poignet. L'actionnement du robot se faisant par câble, le robot est flexible. À l'impact, une partie de l'énergie sera absorbée par les câbles ajoutant ainsi de la sécurité au niveau des bras. Il est toutefois nécessaire de limiter l'élasticité en bout de bras pour améliorer la précision et la stabilité du bras.

Problématique et architecture du sujet :

La problématique traitée dans ce sujet est la suivante : Comment assurer la compliance élevée du bras du robot ASSIST ?

La partie 1 du sujet permet de découvrir la structure matérielle du bras de robot étudié, de justifier les choix technologiques réalisés et d'établir les modèles géométriques.

La partie 2 du sujet permet de déterminer les modèles articulaires et dynamiques dans l'hypothèse d'un robot à articulation rigide et de vérifier la validité de ces modèles.

La partie 3 du sujet permet d'affiner les modèles articulaires et dynamiques en identifiant les origines des flexibilités. Cette partie analyse le comportement de la structure propre du bras puis du câble de l'actionneur, afin d'établir le modèle d'une articulation flexible.

La partie 4 du sujet porte sur l'étude du modèle dynamique du bras de robot pour une structure flexible simplifiée à 2 degrés de liberté.

La partie 5, synthèse du sujet, permet d'analyser différentes méthodes de détection de collision.