Chapitre 1 : Qu'est-ce qu'un robot ? · 1

Chapitre 2 : Cinématique des robots · 5

1.
Cinématique directe et inverse 7
Cinématique directe et inverse 7
Cinématique d'un manipulateur à n liaisons dans l'espace tridimensionnel 8
Rotation des vecteurs 9
Translation parallèle de vecteurs 11
Vecteurs de rotation et de translation 11
2.
Angle de posture 15
3.
Expression Denavit-Hartenberg [DH] 16
4.
Jacobien 20
Contrôle de la vitesse de mouvement résolu 21
Posture unique 21

Chapitre 3 : Dynamique des robots · 25

1.
Équations du mouvement de Lagrange 27
2.
Équations du mouvement du manipulateur 30
3.
Modèle articulaire et équations du mouvement 34

Chapitre 4 Actionneurs · 37

1. Moteur CC 40
Principe de fonctionnement du moteur à courant continu 40
Types de moteurs à courant continu 42
Modèle de moteur à courant continu et relation couple-vitesse angulaire 42
Commande PWM des moteurs CC 47
2.
Moteur pas à pas 50
3.
Hydraulique et pneumatique 53
4.
Actionneur de type de matériau 56
Actionneur piézoélectrique 56
Alliage à mémoire de forme 57
5.
Actionneur souple 59

Chapitre 5 Capteurs · 61

1.
Caractéristique 63
2.
Capteur de position 64
Potentiomètre 64
Encodeur 64
Transformateur différentiel linéaire variable (LVDT) 66
Résolveur 67
3.
Capteur d'accélération 68
4.
Capteur de force et de pression 70
Capteur piézoélectrique 70
Capteur résistif 72
Jauge de contrainte 72
Capteur de force 75
Capteur de force et de couple 75
5.
Capteur tactile et tactile 78
6.
Télémètres 80
Triangulation 80
Temps de vol (TOF) 80
Capteur ultrasonique 81
Capteur de distance laser 81
Système de positionnement global (GPS) 83
7.
Capteur de cap 85
Boussole 85
Gyroscope 85

Chapitre 6 : Notions de base du traitement d’images · 87

1.
Résolution et quantification 89
2.
Histogramme 91
Égalisation d'histogramme 91
3.
Seuil 93
4.
Filtre lissant 94
Filtre moyen 94
Filtre médian 94
5.
Détection des contours 96
Gradient d'image 97
Détection de contours par différenciation 98
Opérateur de détection de contours 99
6.
Correspondance de modèle 102
7.
Analyse de forme 104
Aire, périmètre, complexité 104
Moment 104
Transformation de Hough 106

Chapitre 7 : Locomotion des robots · 109

1.
Planification de parcours 112
Méthode du champ potentiel 112
Algorithme de Dijkstra 114
Algorithme A* 115
2.
Connaissance de la localisation 117
Méthode 118 basée sur un capteur de distance
Méthode des repères artificiels 118
Méthode des repères naturels 119

Annexe A : Notions de base en électricité · 123
1.
Loi de Kirchhoff 123
Loi des courants de Kirchhoff (LCK) 123
Loi des tensions de Kirchhoff (KVL) 124
2.
Distribution de la tension et du courant 125
Principe de distribution de tension 125
Principe de distribution du courant 126
3.
Pont de Wheatstone 127
Pont de Wheatstone 127
Mesure de force 128
4.
Analyse des circuits CC 130
Analyse de la tension nodale 130
Analyse du courant de maille 131
5.
Analyse des circuits CA 133

Annexe B Principes fondamentaux du contrôle · 136
1.
Aperçu des systèmes de contrôle (contrôle en boucle ouverte, contrôle en boucle fermée) 136
Définition et application des systèmes de contrôle 136
Structure du système de contrôle 136
2.
Modélisation des systèmes dynamiques (mouvement linéaire, mouvement de rotation, moteurs) 138
Transformée de Laplace 138
Aperçu de la transformée de Laplace 139
Mouvement rectangulaire 143
Mouvement de rotation avec engrenages 144
Moteur CC 145
3.
Caractéristiques de réponse des systèmes du second ordre (réponse transitoire) 147
4.
Erreur en régime permanent 150
5. Régulation PID 152

Références · 155

préface

La robotique est un domaine convergent à l'intersection du génie mécanique, du génie électrique et électronique et de l'informatique. Avec le développement rapide des ordinateurs et des technologies sous-jacentes, son champ d'application s'étend au-delà de la production industrielle pour faciliter la vie quotidienne, voire s'étendre à l'exploration spatiale et sous-marine. Par conséquent, la compréhension et l'utilisation des robots sont essentielles dans de nombreux domaines.


Ce livre est écrit dans un style facile à comprendre, adapté au niveau des lecteurs novices en robotique, tout en les aidant à comprendre les dernières tendances dans ce domaine.
Il couvre non seulement la cinématique et la dynamique, qui constituent depuis longtemps le cœur de l'enseignement de la robotique, mais aussi les actionneurs et les capteurs pour la mise en œuvre concrète, ainsi que le traitement d'images et le mouvement des robots, qui sont à la base de la vision robotique devenue récemment courante chez les robots intelligents.


Ce livre a été conçu avec un niveau de difficulté et une structure qui le rendent particulièrement adapté à une utilisation comme manuel de robotique dans les cours de premier cycle universitaire.
Constatant que la plupart des manuels de robotique étaient difficiles à appréhender pour les étudiants découvrant la robotique pour la première fois, car ils exigeaient des connaissances de base équivalentes à celles des étudiants de troisième cycle ou des étudiants de licence en fin de cursus, nous les avons modifiés afin qu'ils soient accessibles à ceux qui possèdent des connaissances de base en mathématiques universitaires.
Par exemple, concernant le mouvement et la dynamique des robots, souvent perçus comme difficiles par les étudiants, l'ouvrage privilégie la compréhension des concepts fondamentaux plutôt que le développement mathématique et mécanique rigoureux. De plus, les notions essentielles d'électricité et de commande nécessaires à la modélisation dynamique, aux actionneurs, aux capteurs, etc., sont présentées en annexe, permettant ainsi aux étudiants d'étudier sans grande difficulté, même sans connaissances préalables.


Bien que nous ayons tenté de couvrir autant que possible le contenu nécessaire à l'enseignement de la robotique, cette volonté se heurte à la nature même d'un ouvrage d'introduction accessible. De ce fait, ce livre, à lui seul, présente des limites pour comprendre, concevoir ou utiliser des robots. Par ailleurs, une étude approfondie est indispensable, ainsi qu'un intérêt et une bonne compréhension des technologies les plus récentes dans ce domaine.
J'espère que ce livre contribuera à lever les obstacles à l'entrée dans le domaine de la robotique et servira de guide pour des études plus approfondies et le développement technologique nécessaire dans les domaines spécialisés.


Enfin, je tiens à exprimer ma gratitude aux membres du Laboratoire de robotique aérospatiale qui ont contribué de diverses manières à la publication de cet ouvrage.