Campus

Campus Arts et Métiers de Paris

Contexte

Avec l’essor des structures et systèmes intelligents et connectés, les produits mécaniques actuels intègrent de plus en plus d’électronique, d’informatique, de capteurs et d’actionneurs. Ainsi de nombreuses fonctionnalités leur sont ajoutées telles que le diagnostic embarqué, la capacité de réagir à leur environnement et l’interaction accrue avec l’homme. Depuis plusieurs années le terme Mécatronique est utilisé pour désigner de tels systèmes dont la conception nécessite par définition des connaissances multidisciplinaires.

Objectifs

L’unité d’expertise « Mécatronique » forme des ingénieurs capables (a) d'appréhender dans sa globalité la conception et la mise en œuvre de systèmes complexes (intelligents, connectés, etc…), (b) d'identifier et maîtriser les contraintes de l'intégration de ces systèmes associant la mécanique, l'électronique, l’automatique et l'informatique, (c) de concevoir, développer des méthodes de tests et de validation de l’ensemble.

Programme

• Module 1 : La mécanique, M. Guskov

Les systèmes mécaniques multi-corps tels que les machines industrielles ou les robots réalisent souvent des mouvements complexes. Dans ce module on s’intéresse à la description des trajectoires de ces systèmes (paramétrage cinématique) et à relation entre leurs mouvements et les actions qui les déterminent (dynamique directe et inverse). Ainsi, on apprend à mettre en données la simulation cinématique ou dynamique du comportement d’un système mécanique complexe et à en interpréter les résultats, en vue par exemple de concevoir la commande d’un tel système ou d’en dimensionner les actionneurs et les capteurs.

 Module 2 : Automatique, M. Guillard

Ce cours de commande avancée traite de la commande robuste des systèmes multivariables. Il a pour objectifs de présenter un panorama des techniques de commande des systèmes dynamiques multivariables, linéaires, complexes à commander et d'étudier les difficultés pratiques et théoriques posées par un certain nombre de solutions basées sur la connaissance d'un modèle mathématique (système d'état) de représentation du système. Après une présentation du formalisme qui permet d'analyser la robustesse d'un système multivariable en boucle fermée (incertitudes non structurées, valeurs singulières), différentes lois de commande robuste, particulièrement adaptée à la pratique, sont étudiées : Commande LQ/LTR, Commande Hinfini.

• Module 3 : Estimation et fusion de données pour la Mécatronique, M. Mechbal

L’estimation de la position, de l’attitude, de l’orientation ou de l'état structurel d'un corps/système/structure complexe est devenu au fil du temps un enjeu scientifique et industriel important (par exemple dans l’aérospatiale, la robotique, la capture de mouvement, ou encore la surveillance et la détection de défaut/dommage). En lien avec les modèles dynamiques, les capteurs & actionneurs, ainsi que les lois de commandes, ce cours à pour objectifs de de fournir des outils d’estimation et d’identification des caractéristiques des systèmes complexes ou des processus basés sur des approches bayésiennes linéaires et non linéaires (filtre de Kalman, Filtrage particulaire …) en vue de la commande, la localisation et le diagnostic de systèmes mécatroniques. Ce sont des outils indispensables pour recaler un modèle mathématique sur des mesures, pour estimer la composante non mesurée d'un vecteur d'état ou pour "localiser" un système mobile à partir d’une fusion de données.

• Module 4: Informatique pour les systèmes intelligents, M. Boulaire

L’informatique est au cœur de la partie « intelligente » des systèmes complexes mécatroniques. Il est ainsi nécessaire de maitriser ces outils pour pouvoir implémenter en temps réel une loi de commande, un processus d’estimation, ou bien un algorithme d’intelligence artificielle. L’objectif de ce cours est de proposer une introduction à la programmation en langage C++, Python et ROS (Robotique Operating System). Ces outils seront appliqués dans différents contextes et des études de cas viendront compléter l’ensemble.

• Module 5: Capteurs et Actionneurs, M. Rebillat

Avec des objets intelligents omniprésents dans notre quotidien et dans le monde industriel, ce cours a pour objectif de transmettre aux futurs ingénieurs A&M les connaissances nécessaires au dimensionnement et au choix d’actionneurs et de capteurs pour les applications qu’ils rencontreront dans leur carrière. Des exemples concrets et variés sont abordés en séances de travaux pratiques et en projet par l’intermédiaire de l’utilisation de plateformes Arduino et Raspberry Pi.

• Module 6: Interface "homme machine" – IHM , M. Garbaya

Dans le cadre des transformations que connait actuellement l'industrie, les interfaces homme machine (IHM) prennent une importance de plus en plus grande. Une IHM est l'interface qui relie l'opérateur au dispositif de commande d'un système industriel ou encore le lien entre un objet connecté intelligent et son utilisateur. Ce cours a pour but d'introduire les interfaces « Homme-Machine », de comprendre et de mettre en œuvre la conception (conception dirigée par l’objectif) et l'évaluation de systèmes interactifs. Plusieurs IHMs spécifiques seront abordées comme les interfaces de réalité virtuelle et de réalité augmentée, les interfaces visuelles immersives, les interfaces de retour haptique ou encore les interfaces de son 3D.

• Module 7 : Études de cas / Conférences / Séminaires

À travers des cas d’étude réels et des conférences dispensées par des intervenants extérieurs (ingénieurs, directeurs et experts R&D ...), les étudiants auront la possibilité d’appréhender dans sa globalité la conception et la mise en œuvre de systèmes mécatroniques complexes ainsi que la réalité des enjeux qui sous-tendent ces nouvelles technologies.

•  Projet d'approfondissement

Application et approfondissement des connaissances acquises à travers la participation à un concours ou challenge réalisé en groupe (4 -6 élèves) sur une thématique donnée

Exemples de projets et de stages

•  Learning the Digital Twin with Poppy, the open source Humanoid Robot
• NAO Car

Modalités d'évaluation

• Note par module : tests intermédiaires, devoirs personnels, notes de TP et examen final.
• Note finale : moyenne pondérée de chaque module.

Principaux animateurs scientifiques et pédagogiques

• N. Mechbal - Responsable - 01.44.24.64.58
• M. Rebillat
• M. Guskov
• R. Boulaire
• S. Garbaya
• H. Guillard (CNAM)

Informations pratiques

• Niveau : Graduate
• Langue du Cours : Français
• Période : Février - Juin
• Nombre d’heures : 150h
• Crédits ECTS : 13

Mots clés

#Mécatronique #ModélisationMécanique #Commande #Identification #EstimationDétectionDeDéfaillance #ElectroniqueAnalogiqueEtNumérique #Capteurs #ConceptionIntégrée