Model for Delta Robot Motor Sizing Developed using MapleSim - Maplesoft

Etude de cas d’utilisateur :
Model for Delta Robot Motor Sizing Developed using MapleSim

Défi
Pour éviter la tâche lourde et couteuse de la construction d’un prototype de robot, B&R Industrial Automation Corporation souhaitait développer un modèle de robot extrêmement fidèle. Ce modèle pourrait servir à déterminer le dimensionnement correct du moteur lors de la personnalisation de robots destinés à des applications de transfert.

Solution
En collaboration avec une équipe de recherche de l’Université d’Heilbronn, les ingénieurs de B&R ont utilisé MapleSim pour développer un modèle paramétrisé extrêmement fidèle de robot delta.

Résultat
A l’aide de MapleSim, l’équipe a pu générer un modèle de robot delta adapté au dimensionnement du moteur virtuel, réduisant ainsi sensiblement le temps et les coûts habituellement liés à la création d’un prototype.


Bernecker & Rainer Industrie Elektronik GmbH (B&R) propose à ses clients des solutions d’automatisation complètes garantissant une flexibilité et une efficacité économique maximales. B&R a collaboré avec Codian Robotics, société pionnière dans le domaine des robots de transfert, pour alimenter une famille de robots delta destinés à différentes applications dans divers secteurs industriels.

L’équipe a fait appel à MapleSim, la plate-forme de modélisation et simulation haute-fidélité de Maplesoft, pour développer et tester un modèle de robot delta basé sur le robot Codian D4-1300. Le projet avait pour but de concevoir un modèle représentant le robot Codian avec suffisamment de précision, ce de façon à réaliser en toute confiance le dimensionnement du moteur à l’aide du modèle et en éliminant la nécessité de prototypes physiques.

Le robot Codian, qui fonctionne avec des systèmes de contrôle B&R entraînés par quatre moteurs B&R, est conçu pour des charges utiles de 3 kg maxi et une enveloppe de travail de 1300 mm. Le modèle MapleSim a été développé comme modèle paramétrisé comprenant les composants de position de rotation, d’inertie et d’engrenage idéal issus de la bibliothèque Mécanique 1D des sous-systèmes Moteur, ainsi que des cadres de corps rigides et différents types d’articulations provenant de la bibliothèque Multicorps des sous-systèmes Bras. Les paramètres physiques du robot de référence, tels que les longueurs et masses des bras, la masse et l’inertie de l’outil, l’inertie des moteurs et de leurs freins, ont ensuite été utilisés pour configurer le modèle MapleSim.

Figure 1 - Modélisation des moteurs B&R et du robot delta complet dans MapleSim



A l’aide d’Automation Runtime Numerical Control 0 (ARNC0) dans Automation Studio de B&R, l’équipe de recherche a généré différentes trajectoires de déplacement du robot en mesurant à chaque fois le couple des moteurs. Les trajectoires, qui comprennent le transfert depuis le convoyeur et la rotation de l’outil, ont été ensuite exportées comme angles correspondants de rotation pour les différents moteurs, puis importées dans MapleSim comme tableaux de consultation périodiques. Les trajectoires importées ont servi à entraîner les moteurs dans le modèle et le couple a été mesuré à chaque exécution de la simulation.

Les résultats de la simulation ont été alors comparés aux résultats mesurés pour déterminer dans quelle mesure le modèle représentait le robot Codian. Pour chaque trajectoire, un graphique du couple mesuré sur chacun des moteurs du robot de référence a été superposé au couple simulé.

Figure 2 - Couple du moteur A, au moment du transfert depuis le convoyeur



Les pics des valeurs de couple simulées correspondaient avec suffisamment de précision à ceux mesurés sur le robot de référence pour valider les paramètres moteur dans le modèle MapleSim. Cependant, malgré la correspondance des valeurs de pics, on notait des différences au niveau des valeurs de couple intermédiaires. L’équipe de recherche entend régler cette question en affinant la méthode de modélisation des vibrations et frottements.

Les tiges et le point central d’outil génèrent un minimum de vibrations, qui fait des bras supérieurs la source dominante de vibrations. En outre, les frottements au niveau des articulations des tiges sont très faibles et peuvent être ignorés. La principale source de frottement réside par conséquent dans les engrenages des quatre moteurs, initialement modélisés à l’aide du composant idéal d’engrenage. Les travaux d’amélioration passeront par l’exploitation des coefficients de frottement de la fiche technique des moteurs B&R et du composant d’engrenage à perte dans MapleSim afin de modéliser de façon plus précise les frottements des engrenages.

Après avoir démontré la capacité de MapleSim à générer un modèle de robot adapté au dimensionnement virtuel des moteurs, l’équipe de recherche s’efforce maintenant d’en affiner la conception.

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