Développement d’une cellule robotisée de détourage des composites

Development of a robotic cell for trimming of composite parts

Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes, UMR CNRS n° 6597, 1 rue de la Noë, 44321 Nantes, France

^a Auteur pour correspondance : aude.boudelier@irccyn.ec-nantes.fr

Reçu : 6 Décembre 2010
Accepté : 27 Avril 2011

Résumé

L’usinage robotisé, nouveau challenge de la robotique industrielle, nécessite à la fois rigidité et précision du moyen de production. C’est pourquoi cette pratique particulière du détourage des composites était réservée jusqu’alors aux machines-outils à commande numérique. Cet article propose de démontrer, qu’à partir d’une connaissance des phénomènes de coupe liés aux procédés et de la modélisation des caractéristiques comportementales du robot, il est possible d’optimiser l’exploitation des cellules robotisées. Cette première étude porte sur le cas spécifique du détourage des pièces composites. D’un côté, le robot a été modélisé et ses paramètres de raideur ont été identifiés. De l’autre côté, les conditions de coupe optimales permettant de respecter l’intégrité matière et d’assurer la productivité souhaitée ont été déterminées. Les efforts d’usinage ont alors été relevés. À partir de ces deux études parallèles, les déformations du robot, pour un placement donné de la pièce dans son espace de travail, ont pu être déterminées. Par la suite, ces déformations peuvent être limitées en plaçant judicieusement la tâche dans le volume de la cellule robotisée. Cette solution simple permet de réduire significativement les déformations observées, notamment dans le cas de procédés sollicitant fortement le robot, et ce sans modifier sa commande.

Abstract

Robot machining is a new challenge in robotics as it requires both high stiffness and accuracy of the robot at hand. Until now, machining operations have been mainly realized with numerical-control machine-tools. This paper pertains to the optimization of the use of industrial robots for finishing tasks knowing the process cutting phenomena and the robot stiffness. Composite parts trimming is used as an illustrative machining operation in the framework of this paper. On the one hand, the robot was modeled and its joint stiffness values were identified. On the other hand, tests for composites parts trimming were performed in order to determine optimal cutting conditions guaranteeing the integrity (a good quality of) the part and satisfying productivity. Moreover, cutting forces were measured during the tests thanks to a wrench sensor mounted on the robot end-effector. From those two parallel studies and from a given placement of the part into the robot workspace, the robot end-effector displacements can be determined. Then those displacements could be minimized by determining the best placement of the part into the robot workspace. For operations that hardly stress the robot this solution can significantly reduce the robot end-effector displacements, without modifying the robot control.