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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Pascal Bigras

PLAN DE COURS

Hiver 2016
SYS827 : Systèmes robotiques en contact (3 crédits)

Préalables
Aucun préalable requis

Descriptif du cours
Acquérir des notions appliquées à la modélisation et à la commande des systèmes robotiques en contact, tels un ensemble de robots en coordination pour manipuler un objet, un robot médical en contact avec la peau d’un patient, un robot de meulage ainsi que des manipulateurs parallèles.

Modélisation des robots comportant des chaînes mécaniques fermées. Multiplicateur de Lagrange, forces internes et réduction de modèles de robots contraints. Commande hybride en force et en position. Études de la manipulation d’objets par un ensemble de chaînes mécaniques. Cônes de friction. Forces de fermeture. Planification des forces de contact à l’aide de formulations par inégalités matricielles linéaires. Commande d’impédance des manipulateurs en contact avec les surfaces déformables. Planification des mouvements de l’outil et des mouvements internes des manipulateurs redondants.

Objectifs du cours

Le cours a pour objectif principale de compléter les notions de base en modélisation et en commande robotiques en introduisant la modélisation et la commande des systèmes robotiques en contact.

De façon plus spécifique, ce cours permet à l'étudiant de:

Comprendre la modélisation des systèmes robotiques complexes comportant des contraintes avec l’environnement et avec d’autres systèmes.
Comprendre comment concevoir des algorithmes de commande de systèmes robotiques complexes qui assurent la stabilité du système malgré la méconnaissance de certains paramètres.
Apprendre de nouveaux outils informatiques en lui permettant d’appliquer les connaissances acquises sur des systèmes robotiques complexes.

Stratégies pédagogiques

Trois heures trente minutes de cours magistral par semaine. De nombreuses applications seront étudiées en classe pour permettre aux étudiants de bien assimiler la théorie et les techniques présentées en cours. Plusieurs logiciels seront introduits et expliqués à l'aide d'exemples établissant un lien directe avec la théorie étudiée. Pour faire une synthèse de la matière vue dans le cours, chaque étudiant devra modéliser un système robotique, concevoir un algorithme pour le commander et simuler et valider l’ensemble du système à l'aide de logiciels spécialisés.

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Mercredi	13:30 - 17:00	Activité de cours

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Succession Pascal Bigras	Activité de cours			Mardi de 10h00 à 12h00

Cours

Cours	Matière
1	Rappel sur la cinématique: Position d’un corps dans l’espace Matrice de transformation homogène Cinématique des systèmes à une seule chaîne mécanique
2	Cinématique des systèmes complexes: Systèmes à plusieurs chaînes mécaniques Contraintes et fermeture des chaînes mécaniques Modélisation d’un objet de contact Modélisation des robots en contact avec une surface
3	Cinématique inverse Méthode analytique Méthode numérique Solution des équations de contraintes
4-5	Cinématique différentielle Définition Vitesse et accélération des extrémités Singularité CLIK Manipulateurs redondants Forces aux extrémités Transformation de coordonnées Contraintes mécaniques Manipulateurs parallèles Force de fermeture et matrice de prise
6-7	Modèle dynamique Méthode de Newton-Euler Méthode de Lagrange Force externe Système avec contraintes Multiplicateurs de Lagrange Réduction de modèle
8	Examen intra
9-10-11	Commande des systèmes robotiques Commande par couple pré calculé Commande d’impédance Commande hybride force-position Commande de systèmes robotiques complexes Commande adaptative
12	Travaux sur les projets
13	Présentation finale des projets

Évaluation

Activités	Échéance	%
Description écrite du projet	semaine 4	5
Courte présentation d'étape du projet	semaine 9	10
Présentation finale du projet	semaine 13	15
Rapport final du projet	Avant la fin du trimestre	20
Examen intra	semaine 8	50

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés à l’article 6.5.2 du Règlement des études, se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Une pénalité de 5% par jour de retard sera appliquée pour toute remise de travaux après la date d'échéance.

Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur de département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note (0).

Infractions de nature académique
Les clauses du « Chapitre 8 : Plagiat et fraude » du « Règlement des études de cycles supérieurs » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Afin de se sensibiliser au respect de la propriété intellectuelle, tous les étudiants doivent consulter la page Citer, pas plagier ! http://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/regl_etudes_sup.pdf

Documentation obligatoire

Les transparents détaillés utilisés en classe sont disponibles sur la page Moodle du cours.

Ouvrages de références

CRAIG, J.J., Introduction to Robotics: Mechanics and Control, 3e éd., Reading (MA), Don Mills, Ontario, Addison-Wesley, 2005.

KHALIL, W. et E. DOMBRE, Modélisation, identification et commande des robots, 2e éd. rév. et augm., éd. Paris, Hermès Science, 1999.

MURRAY, R.M., Z. LI et S.S. SASTRY, A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation, Boca Raton, CRC Press, 1994.

TSAI, L.-W, Robot Analysis: the Mechanics of Serial and Parallel Manipulators, New York, Chichester (Angleterre), Wiley, 1999.

ANTONELLI, G., S. CHIAVERINI et G. FUSCO, « A New On-line Algorithm for Inverse Kinematics of Robot Manipulators Ensuring Path Tracking Capability Under joint Limits », IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol. 19, p. 162-167, 2003.

LI, J., C. TRINKLE et Z.X. LI, « Grasp Analysis as Linear Matrix Inequality Problems », IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol. 16, p. 663-674, 2000.

BOYD, S.P., Linear Matrix Inequalities in System and Control Theory, Philadelphia, Society for Industrial and Applied Mathematics, 1994.

SICILIANO, B. et L. VILLANI, Robot Force Control, New York, Kluwer Academic, 1999.

SLOTINE, J.J. et W. LI, Applied Nonlinear Control, New York, Prentice Hall, 1991.

SPONG, W.M. et M. VIDYASAGAR, Robot Dynamics and Control, New York, John Wiley and Sons, 1989.

WANG, L.T. et C.C. CHEN, « A Combined Optimization Method for Solving the Inverse Kinematics Problem of Mechanical Manipulators », IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol.7, no 4, p.489-499, 1991.

LI, W. et E. SLOTINE, « An Indirect Adaptive Robot Control », Systems and Control Letters, vol.12, p.259-266, 1989.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Page Moodle du cours:

https://ena.etsmtl.ca/course/view.php?id=1904