Brevet FR3036814A1 — publié le 20161202

Système et procédé de test d'un organe machine ou robot DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001]La présente invention concerne un système de test d'un organe machine ou robot comprenant une pluralité de capteurs et au moins un actionneur. Elle concerne également un procédé de test correspondant. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE (0002] Depuis quelques décennies, on assiste à une très forte accélération du nombre de technologies mises à disposition des utilisateurs, dans une quasi)infinité de domaines. Pour faire face à ce nouvel environnement, les entreprises sont souvent contraintes à réduire les temps de développement des nouveaux produits. Ceux-ci étant par ailleurs souvent de plus en plus complexes, il devient par ailleurs de plus en plus contraignant et coûteux de tester les multiples facettes des machines et robots de toutes sortes en cours de développement. Pour répondre à ces demandes, des outils de simulation ou de test ont été développés et mis à disposition des chercheurs, scientifiques et ingénieurs susceptibles de concevoir les machines de demain. (0003] Par exemple, la demande de brevet FR3 008 531 propose un simulateur pour une machine de travail, par exemple une grue, une machine de construction ou un chariot de manutention. Le simulateur comprend un poste de commande de la machine et un module de simulation graphique pour le calcul de l'environnement virtuel de la machine et de la physique de la machine, et avec au moins un moyen d'affichage pour la représentation visuelle de l'environnement calculé de la machine. Un module de simulation technique est prévu par lequel l'état et/ou le comportement dynamique d'un ou de plusieurs composants de commande et/ou d'entraînement de la machine de travail simulée peuvent être 4DV_test virtuel FR 3036814 - 2 - déterminés et visualisés. L'invention est applicable en particulier dans le domaine des travaux publics. [0004] La demande FR 2 985 055 décrit un procédé pour estimer le comportement 5 d'une ou plusieurs configurations d'un composant, le procédé d'évaluation comprend des étapes consistant à : obtenir un modèle générique du composant comportant des paramètres, des règles de contrôle de valeurs des paramètres et une spécification de simulation d'au moins un comportement du composant en fonction des paramètres ; établir une ligne de valeurs des paramètres pour chaque 10 configuration à évaluer ; soumettre le modèle générique obtenu et la ou les lignes de valeurs établies à une machine comprenant : une séquence d'instructions informatiques de génération automatique d'au moins un modèle individuel associé à une configuration du composant en affectant aux paramètres du modèle générique des valeurs de configuration contrôlées par les dites règles à partir d'au 15 moins une ligne de valeurs d'entrée ; une séquence d'instructions informatiques de lancement d'une simulation numérique d'un comportement sélectionné du modèle individuel au moyen de ladite spécification. [0005] On connaît également la demande de brevet FR 2 992 443 propose une 20 plateforme de simulation comportant un moyen de calcul propre à exécuter les instructions d'un programme de simulation comportant un module de configuration d'un environnement en trois dimensions, un module de simulation d'une réponse d'un capteur du robot, et un module de simulation d'une dynamique du robot. Selon un aspect de l'invention, le programme de simulation comporte, en outre, un 25 module d'ordonnancement temporel comportant une horloge logique délivrant l'instant logique courant, un schéma d'ordonnancement, associant à chaque instant logique un ensemble d'actions à réaliser, un sous-module d'appel d'une action de simulation propre à lancer la réalisation d'une action de simulation et un sous-module d'appel d'une action de réaction du robot, propre à lancer la 30 réalisation d'une action de réponse du robot. 4DV_test virtuel FR 3036814 - 3 - [0006] La plateforme et le procédé décrits prévoient une horloge logique et un module d'ordonnancement temporel. Ces éléments sont déterminants pour l'architecture organisationnelle et opérationnelle de la plateforme et du procédé, qui intègrent une suite d'actions prédéterminées, agencées successivement selon 5 un ordre temporel prédéterminé. La surveillance des évènements est basée sur le temps écoulé, et la programmation des événements à venir est une fonction directe du temps. Ce système permet donc de vérifier si des événements prévus à un instant donné se produisent ou pas. Il permet aussi de suggérer un nouvel événement lorsqu'un compteur atteint un seuil prédéterminé. 10 [0007]Le système et le procédé présentés ne permettent pas de simuler des systèmes complexes, ni des systèmes dans lesquels plusieurs événements peuvent survenir, à des instants inconnus, et /ou avec des conséquences opérationnelles potentielles multiples. 15 [0008]Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques. 20 EXPOSE DE L'INVENTION [0009] Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un système et un procédé permettant de simuler la mise en oeuvre et le fonctionnement d'une machine avec ses paramètres sensoriels et actionneurs dans un environnement 25 virtuel correspondant à l'environnement réel dans lequel la machine réelle devrait fonctionner. [0010]Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un système et procédé de simulation du fonctionnement d'une machine, adapté pour des machines et 30 procédés complexes. [0011] Encore un autre objet de l'invention consiste à prévoir un système et procédé de simulation du fonctionnement d'une machine, adapté pour mise en oeuvre où les scénarios de réalisation sont multiples. 4DV_test virtuel FR 3036814 4 [0012]Encore un autre objet de l'invention consiste à prévoir un système et procédé de simulation du fonctionnement d'une machine, adapté pour mise en oeuvre où les scénarios de réalisation ne dépendant pas directement du temps 5 écoulé. [0013] Pour ce faire, l'invention prévoit un système de test d'un organe machine ou robot comprenant une pluralité de capteurs et au moins un actionneur, ledit système comprenant : 10 -un module de génération d'environnement machine, conçu pour mettre en oeuvre à partir de données d'environnement un espace virtuel représentatif d'un environnement réel de l'organe machine à tester ; -un module de simulation de travail machine, conçu pour mettre en oeuvre à partir de données d'architecture machine et de fonctionnement de machine une 15 machine virtuelle représentative d'une machine réelle à tester; -un module de simulation d'actionneurs, conçu pour mettre en oeuvre à partir de données d'actionneurs au moins un actionneur virtuel représentatif d'un actionneur réel de l'organe machine à tester ; -un module de détermination d'état actuel du système, conçu pour recevoir les 20 données d'une pluralité de capteurs surveillant les données physiques de l'organe machine et de l'espace virtuel dans lequel l'organe machine évolue et déterminer un état du système global à partir de données d'état de système ; -un module de réaction d'organe machine, conçu pour identifier dans une base de données d'actions potentielles, au moins une réaction d'organe machine 25 correspondant à l'état du système préalablement déterminé et générer la réaction correspondante dans l'espace virtuel. [0014]Une telle architecture permet de procéder à des simulations de fonctionnement pour un vaste éventail de machines, dans une multitude de 30 configurations. En outre, la simulation permet de prendre en compte des scénarios non préétablis, et/ou dont la durée et/ou la répartition des phases dans le temps n'est pas connue ni préétablie. 4DV_test virtuel FR 3036814 5 [0015]De manière avantageuse, le système comprend également un microprocesseur et des données instructions de commande et de mise en oeuvre. 5 [0016]De manière avantageuse, le module de détermination d'état actuel utilise des paramètres physiques, indépendamment du temps (en tant que tel). [0017]Le système n'utilise pas de compteur ni pas d'instant logique, mais simplement des étapes séquentielles susceptibles de se produire les unes à la 10 suite des autres. [0018]L'invention prévoit également un procédé de test d'un organe machine ou robot comprenant une pluralité de capteurs et au moins un actionneur, comprenant les étapes selon lesquelles : 15 -un module de génération d'environnement machine génère à partir de données d'environnement un espace virtuel représentatif d'un environnement réel de l'organe machine à tester ; -un module de simulation de machine génère à partir de données d'architecture machine et de fonctionnement de machine une machine virtuelle représentative 20 d'une machine réelle à tester ; -un module de simulation d'actionneurs génère à partir de données d'actionneurs au moins un actionneur virtuel représentatif d'un actionneur réel de l'organe machine à tester ; -un module de détermination d'état actuel reçoit les données d'une pluralité de 25 capteurs surveillant les données physiques de l'organe machine et de l'espace virtuel dans lequel l'organe machine évolue, et détermine un état du système global à partir de données d'état de système; -un module de réaction d'organe machine identifie, dans une base de données d'actions potentielles, au moins une réaction d'organe machine correspondant à 30 l'état du système préalablement déterminé et génère la réaction correspondante dans l'espace virtuel. 4DV_test virtuel FR 3036814 - 6 - [0019]Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend, après l'étape de génération de la réaction de l'organe machine, une étape de retour vers l'étape de réception de données d'une pluralité de capteurs surveillant les données physiques de l'organe machine et de l'espace virtuel dans lequel l'organe 5 machine évolue. [0020]On peut ainsi prendre en compte des processus comprenant une pluralité de cycles. 10 [0021]Selon un autre mode de réalisation avantageux, le procédé comprend, après l'étape de génération de la réaction de l'organe machine, une étape d'arrêt du système. [0022]De manière avantageuse, l'étape de détermination d'état actuel du système 15 est réalisée à partir de paramètres physiques indépendamment du temps. DESCRIPTION DES FIGURES 20 [0023]Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 3, présentées uniquement à des fins d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles: -la figure 1 est une représentation schématique d'un système de test d'un organe machine ou robot selon l'invention ; 25 -la figure 2 est un organigramme fonctionnel illustrant les principales étapes d'un procédé de test d'un organe machine ou robot selon l'invention ; -la figure 3 est représentation schématique d'un univers virtuel de test mis en relation avec une pluralité d'états potentiels et avec les réactions d'organe machine ; 30 -la figure 4 est une représentation schématique d'un exemple de mise en oeuvre pour un robot industriel d'assemblage. 4DV_test virtuel FR 3036814 - 7 - DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [0024]La figure 1 illustre de façon schématique un exemple de réalisation d'un système de test d'un organe machine ou robot selon l'invention. De manière 5 générale, un tel système comprend une pluralité de capteurs prévus pour acquérir les données des multiples paramètres physiques permettant de qualifier l'état du processus. Les capteurs peuvent être en coopération avec la machine virtuelle ou encore dans l'environnement de la machine. 10 (0025] Le système prévoit également la mise en oeuvre d'au moins un actionneur dépendant ou coopérant ou dépendant de la machine. Les actionneurs sont avantageusement associés à des capteurs afin de suivre leur évolution. [0026]Un module de génération d'environnement machine 11 est prévu pour 15 préparer et mettre en oeuvre un espace virtuel représentatif d'un environnement réel de l'organe machine à tester. Cet espace virtuel est généré à partir de données 30 d'environnement. [0027]Le système comporte également un module de simulation de travail 12, 20 conçu pour mettre en oeuvre une machine virtuelle représentative de la machine réelle que l'on souhaite pouvoir tester. Cette mise en oeuvre est effectuée à partir de données 31 d'architecture machine et de fonctionnement de machine. [0028]La machine objet de la simulation comporte un ou plusieurs actionneurs 25 qu'il convient également de simuler. Des données 13 d'actionneurs permettent de mettre en oeuvre au moins un actionneur virtuel de la machine, et/ou en relation avec la machine. [0029]Le système comprend également un module 14 de détermination d'état 30 actuel du système. Ce module analyse le comportement et les actions de la machine ainsi que l'environnement de la machine afin d'en extraire des données d'état. Les données d'état sont avantageusement en temps réel, ou actuel, afin de 4DV_test virtuel FR 3036814 - 8 - permettre une simulation précise et réaliste comprenant toutes les phases du processus opérationnel. (0030] Pour ce faire, le module 14 de détermination d'état reçoit les données d'une 5 pluralité de capteurs surveillant les données physiques de l'organe machine et de l'espace virtuel dans lequel l'organe machine évolue. L'analyse de ces données, en relation avec des données préalablement établies 33 d'état de système, permet de fournir des données d'état, soit sous format global, soit pour plusieurs composantes de l'ensemble analysé. 10 [0031]Le système selon l'invention prévoit également un module 15 de réaction d'organe machine. Ce module est conçu pour, dans un premier temps, identifier, à partir d'une base de données 34 d'actions potentielles, au moins une réaction d'organe machine correspondant à l'état du système préalablement déterminé. Le 15 module est aussi conçu pour, dans un second temps, générer la réaction correspondante dans l'espace virtuel. Par exemple, une réaction peut consister à déplacer un actionneur, modifier un paramètre opérationnel tel qu'une température ou une vitesse. Une réaction peut aussi comporter plusieurs composantes. 20 [0032]Un bus 40, un microprocesseur 20 et un module 25 de données d'instructions de commande ou de mise en oeuvre complètent le système. [0033]La figure 2 est un organigramme fonctionnel des principales étapes du procédé de test selon l'invention. Sept étapes sont ainsi illustrées, ce nombre 25 pouvant varier selon les mises en oeuvre, soit en combinant certaines étapes, soit en ajoutant une ou plusieurs étapes intermédiaires. [0034]A l'étape 100, le module de génération d'environnement machine un espace virtuel. Cet espace vise à simuler l'environnement réel de l'organe 30 machine à tester. A cet effet, le module de génération permet de prendre en compte un vaste éventail de paramètres physiques, tels que la température, pression, vitesse, humidité, luminosité, etc. 4DV_test virtuel FR 3036814 -9 [0035] L'étape 110 prévoit la mise en oeuvre une machine virtuelle représentative de la machine réelle à tester. Comme pour l'étape précédente, afin d'être le plus fidèle possible à la réalité, le module 12 de simulation de machine offre une vaste 5 palette de fonctions, d'architectures, combinables de multiples façons afin de permettre de simuler pratiquement tout type de machine ou robot. [0036]L'étape 120 concerne la mise en oeuvre d'au moins un actionneur virtuel représentatif d'un actionneur réel de l'organe machine à tester. Des données 10 d'actionneurs 32 sont à disposition de l'utilisateur à cet effet. [00371A l'étape 130, le module de détermination d'état actuel 14 reçoit les données des capteurs surveillant l'organe machine et l'espace virtuel dans lequel l'organe machine évolue (130). Ces données sont utiles pour l'étape suivante, 15 140, dans laquelle le module de détermination d'état actuel 14 détermine un état du système à partir de données 33 reçues à l'étape 130. [0038] Enfin, à l'étape 150, le module de réaction d'organe machine 15 identifie au moins une réaction d'organe machine correspondant à l'état du système 20 déterminé à l'étape 140. Ensuite, le même module détermine et génère la réaction correspondante dans l'espace virtuel. Une base de données 34 d'actions potentielles facilite grandement la mise en oeuvre de cette étape. [0039] En variante, l'étape 160 prévoit un retour vers l'étape 130, afin de permettre 25 une prise en compte aisée et efficace des procédés comportant plusieurs phases. [0040]L'étape 170 consiste à stopper la mise en oeuvre du procédé. Cette étape peut être soit déclenchée automatiquement si certains critères préalablement établis sont détectés, soit manuellement, par l'utilisateur, qui souhaite par exemple 30 s'attarder d'avantage sur une certaine phase du procédé en cours d'investigation. [0041]La figure 3 illustre un exemple d'une scène de simulation dans lequel un 4DV_test virtuel FR 3036814 -10 - objet à tester, dans cet exemple un robot d'assemblage à six axes, est représenté. Les six axes (A1, A2, A3, A4, A5, A6) du robot sont illustrés sur la figure. La scène prévoit par ailleurs une sphère, présente dans l'espace au voisinage immédiat du robot d'assemblage. La sphère est mobile dans l'espace représenté par les axes 5 x, y et z. En relation avec la figure 3, la liste des actions potentielles en relation avec les six axes du robot et les trois directions x, y et z (pour la sphère) sont représentées. Dx, Dy et Dz correspondent aux déplacements possibles de la sphère selon les axes x, y et z. 10 [0042]La figure 4 illustre un exemple montrant différentes possibilités de configurations du système précédemment décrit en relation avec la figure 3, en fonction de l'enchainement des ordres de commande. De CO à CI, le robot exécute des mouvements selon les axes A2-, A3-, et A4+. La pince est alors à proximité immédiate de la sphère. En C2, la pince se positionne avec un 15 déplacement en A5+, pour une prise de la sphère en C3 après un déplacement Dy+ de la sphère. [0043]C2' et C3' présentent un scénario alternatif où les mouvements sont inversés. Ainsi, en C2', la sphère se déplace selon Dy+ et en C3', la pince effectue 20 un déplacement selon A5+. Selon ce scénario, la pince ne parvient pas à capter la sphère. Une caméra (optionnelle), permet à un observateur de suivre l'évolution de la scène selon un point d'observation prédéfini. [0044] Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention et ses différentes variantes 25 viennent d'être décrites en relation avec un exemple particulier comportant une machine unique dans un environnement directement adapté à cette machine. Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut être étendue à d'autres modes de réalisation dans lesquels en variantes, on prévoit une pluralité de machines ou robots, fixes ou mobiles, similaires ou 30 complémentaires avec ou sans interactions entre elles (comme par exemple une chaîne de montage) et dans un environnement global plus vaste que celui immédiatement dépendant d'une des machines. 4DV_test virtuel FR 3036814 -11- Numéros de référence employés sur les figures 10 Système de simulation 11 Module de génération d'environnement machine 12 Module de simulation machine 13 Module de simulation d'actionneur 14 Module de détermination d'état actuel 15 Module de réaction d'organe machine 20 Microprocesseur 25 Données d'instruction de mise en oeuvre 30 Données d'environnement 31 Données d'architecture et fonctionnement machine 32 Données d'actionneurs 33 Données d'état de système 34 Données d'actions potentielles 40 Bus 100 Préparation et génération d'un espace virtuel 110 Préparation et génération architecture et mode de fonctionnement machine 120 Préparation et mise en oeuvre d'actionneurs 130 Réception de données physiques du système et détermination de l'état actuel 140 Identification de réactions compatibles avec l'état actuel déterminé 150 Sélection et mise en oeuvre de la réaction 160 Boucle de retour vers l'étape 130 170 Arrêt du système 4DV_test virtuel FR REVENDICATIONS1. Système de test d'un organe machine ou robot comprenant une pluralité de capteurs et au moins un actionneur, ledit système comprenant : -un module de génération d'environnement machine (11), conçu pour mettre en oeuvre à partir de données (30) d'environnement un espace virtuel représentatif d'un environnement réel de l'organe machine à tester ; -un module de simulation de travail machine (12), conçu pour mettre en oeuvre à 10 partir de données (31) d'architecture machine et de fonctionnement de machine une machine virtuelle représentative d'une machine réelle à tester; -un module de simulation d'actionneurs (13), conçu pour mettre en oeuvre à partir de données (32) d'actionneurs au moins un actionneur virtuel représentatif d'un actionneur réel de l'organe machine à tester (120) ; 15 -un module de détermination d'état actuel du système (14), conçu pour recevoir les données d'une pluralité de capteurs surveillant les données physiques de l'organe machine et de l'espace virtuel dans lequel l'organe machine évolue et déterminer un état du système global à partir de données (33) d'état de système ; -un module de réaction d'organe machine (15), conçu pour identifier dans une 20 base de données (34) d'actions potentielles, au moins une réaction d'organe machine correspondant à l'état du système préalablement déterminé et générer la réaction correspondante dans l'espace virtuel. 2. Système de test d'un organe machine ou robot selon la revendication 1, 25 comprenant également un microprocesseur (20) et des données (25) instructions de commande et de mise en oeuvre. 3. Procédé de test d'un organe machine ou robot comprenant une pluralité de capteurs et au moins un actionneur, comprenant les étapes selon lesquelles : 30 -un module de génération d'environnement machine (11) génère à partir de données (30) d'environnement un espace virtuel représentatif d'un environnement réel de l'organe machine à tester (100); 4DV_test virtuel FR 3036814 -13- -un module de simulation de machine (12) génère à partir de données (31) d'architecture machine et de fonctionnement de machine une machine virtuelle représentative d'une machine réelle à tester (110); 5 -un module de simulation d'actionneurs (13) génère (110) à partir de données (32) d'actionneurs au moins un actionneur virtuel représentatif d'un actionneur réel de l'organe machine à tester (120) ; -un module de détermination d'état actuel (14) reçoit les données d'une pluralité de capteurs surveillant les données physiques de l'organe machine et de l'espace 10 virtuel dans lequel l'organe machine évolue (130), et détermine un état du système global à partir de données (33) d'état de système (140); -un module de réaction d'organe machine (15) identifie, dans une base de données (34) d'actions potentielles, au moins une réaction d'organe machine correspondant à l'état du système préalablement déterminé et génère la réaction 15 correspondante dans l'espace virtuel (150). 4. Procédé de test d'un organe machine ou robot selon la revendication 3, comprenant, après l'étape (150) de génération de la réaction de l'organe machine, une étape (160) de retour vers l'étape (130) de réception de données d'une 20 pluralité de capteurs surveillant les données physiques de l'organe machine et de l'espace virtuel dans lequel l'organe machine évolue (130). 5. Procédé de test d'un organe machine ou robot selon l'une des revendications 3 ou 4, comprenant, après l'étape (150) de génération de la 25 réaction de l'organe machine, une étape (170) d'arrêt du système. 6. Procédé de test d'un organe machine ou robot selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel l'étape de détermination d'état actuel du système est réalisée à partir de paramètres physiques indépendamment du 30 temps. 4DV_test virtuel FR