Robot6DOF est un bras manipulateur à 6 degrés de liberté avec 3 TPs prêt-à-l'emploi. Robot6DOF est un excellent outil d'accompagnement pédagogique pour le cours de robotique que ce soit en classe d'ingénieur ou en master. Avec son interface graphique sur Matlab, Robot6DOF permet de se positionner dans l'espace (modèle géométrique direct et inverse) en utilisant Matlab et un tapis gradué pour la vérification des résultats. La commande des servomoteurs est assurée par un shield via la carte ARDUINO. La modélisation utilise la convention de Denavit-Hartenberg ou celle Khalil-Kleinfinger encore appelée DH modifiée.

Robot6DOF existe en deux versions :

• 5 articulations rotoïde RRRRR pour un bras à modèle géométrique inverse redondant (nombre de solution infini)
• 4 articulations rotoïde RRRR pour un bras à modèle géométrique inverse déterministe (nombre de solution fini : coude en bas, coude en haut).

Caractéristiques générales

• 6 degrès de liberté : au choix 4 ou 5 articulations rotoïde
• Base carrée (25 cm * 25 cm) en plexiglass (15 mm) assurant la stabilité du bras en mouvement.
• Hauteur totale du bras : 493 mm, Longueur du bras en rotation : 381 mm.
• Interfaçable avec l’environnement hardware ARDUINO® (Plug & play)
• Interfaçable avec l’environnement software MATLAB® et LabVIEW®.

Caractéristiques des servomoteurs

• Alimentation : 4.5/6V, Couple : 17/20 kgcm, Angle de rotation : 0 – 180°, 
• Vitesse de rotation angulaire θ = 6.16 rd/s (sans charge)
• Mécanisme : engrenage interne en métal.

CAPAX-6DOF est livré assemblé ReadyToUse avec

• Carte ARDUINO® UNO, Shield SERVOMOT : connexion des servomoteurs avec la carte ARDUINO® UNO.
• Alimentation externe 5V/6A, câble USB.
• Tapis gradué (36 cm par 36 cm) pour la lecture des coordonnées du bras.
• Existe en deux versions : 5R (modèle redondant) ou 4R (modèle déterministe).
• Interface logiciel CAPAX-6DOF® - MATLAB® - IDE ARDUINO®.
• 3 TPs (énoncé en téléchargement libre ici + correction)
  • TP1 Modélisation : DH et DH modifié, Matrice de transformation Homogène.
  • TP2 MGD : utilisation Symbolic Tool Box, utilisation de la Robotic Tool Box.
  • TP3 MGI : Méthode Algébrique, Géométrique, Analytique (méthode de PAUL) ou Solveur.

TP1 : Modélisation d'un bras manipulateur

La modélisation consiste à représenter le bras manipulateur par une matrice de transformation homogène. Une des représentations les plus connue est celle de Denavit-Hartenberg (DH) ou celle de Khalil-Kleinfinger encore appelée DH modifiée (DH_m).

Un bras manipulateur est définit comme étant une succession d'articulation (joint) et de lien (Link) se terminant par un organe effecteur.  La représentation DH ou DH_m comporte plusieurs étapes :

• Placement des axes des repères (X, Y, Z) et leur orientation sur les articulations
• Détermination des paramètres θi di ai et αi pour chaque articulation
• Détermination de la table DH caractérisant le bras.
• Calcul de la matrice de transformation homogène reliant chaque articulation à la suivante.
• Calcul de la matrice de transformation homogène globale reliant la base à l'effecteur du bras manipulateur.
• Application pour 2 bras manipulateur : CAPAX-5R et CAPAX-4R.
• Télécharger l'énoncé ici (en bas de la page, rubrique Robot 6DOF).

TP 2 : Modèle géométrique direct MGD d'un bras manipulateur

L'objectif de ce TP est l'étude du modèle géométrique direct de deux bras manipulateur RRRRR et RRRR qui consiste à calculer, à partir des angles des articulations et des longueurs des liens, les coordonnées cartésiennes dans le plan Px, Py et Pz de l'organe effecteur par rapport à la base du robot. Cette étude exploitera et par la suite validera la modélisation étudiée dans le TP1 par la prise d'exemples et leur vérification réelle.

Cette validation sera faite par en exploitant le logiciel Matlab de deux manières différentes :

• Bibliothèque Symbolic Tool Box : La matrice de transformation homogène sera saisie en mode syms. A partir de cette matrice, calcul des coordonnées cartésiennes (P_x, P_y, P_z) à partir des valeurs des angles des articulations (θ₁, ..., θ_n) et de la longueur des liens.
• Bibliothèque Robotics Toolbox (RTB) de Peter Corke : Chaque lien sera saisi séparément par l'instruction Revolute ou RevoluteMDH en précisant les coefficients θ, d, a et α. Ces liens seront reliés ensemble par l'instruction SerialLink. Le robot est ainsi défini. Les coordonnées cartésiennes de l'effecteur sont calculées à partir de l'instruction fkine.
• Télécharger l'énoncé ici (en bas de la page, rubrique Robot 6DOF).

TP3 : Modèle géométrique inverse MGI d'un bras manipulateur

L'objectif de ce TP est l'étude du modèle géométrique inverse de deux Robots bras manipulateur RRRR et RRRRR, après avoir vu leur modélisation (TP1) et leur modèle géométrique direct (TP2).

Le MGI d'un robot bras manipulateur consiste en la détermination de sa position angulaire (valeur des angles des articulations) à partir de sa position cartésienne (coordonnées cartésiennes de l'effecteur) et de la longueur des liens. Plusieurs méthodes vont être étudiées dans ce TP : la méthode algébrique (géométrique) et la méthode analytique (Méthode de PAUL).

Télécharger l'énoncé ici (en bas de la page, rubrique Robot 6DOF).

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