Des robots de plus en plus puissants, rapides et polyvalents
Défis, innovations et applications croissantes
Les robots industriels trouvent de plus en plus d'applications. Alors que nous pensons encore souvent aux tâches d'assemblage classiques - dans l'industrie automobile, par exemple - l'utilisation de la robotique est aujourd'hui beaucoup plus large. Non seulement dans les industries plus 'typiques', mais aussi dans l'industrie alimentaire. Les possibilités sont plus nombreuses et la technologie doit suivre.
Les applications
LES ROBOTS DE SOUDAGE
LES MANIPULATEURS MOBILES
L'ASSEMBLAGE FLEXIBLE
LA ROBOTIQUE DANS LE SECTEUR AGRICOLE
LES ROBOTS POUR L'INDUSTRIE ALIMENTAIRE
LA ROBOTIQUE ET LA TRANSFORMATION DE LA VIANDE
EMPILAGE AVEC DES PALETTISEURS
Les technologies
LE CÂBLAGE DES ROBOTS
LES PINCES POUR DES ROBOTS
LES ROBOTS SCARA
Le robot de soudage a plus d'un tour dans son sac
Un robot de soudage possède un ou plusieurs axes programmables sur lesquels est fixé un pistolet à souder, qui est relié à une source d'énergie de soudage avec laquelle le robot communique. En effectuant les bons mouvements et en appliquant les bons paramètres de soudage, on peut établir un assemblage par fusion et créer la soudure parfaite.
Parce qu'ils offrent une qualité constante et garantissent un cycle de travail et un retour sur investissement élevés, ils sont désormais considérés comme une évidence dans l'industrie manufacturière. Selon le World Robotics Report de l'International Federation of Robotics, il y avait environ 3,5 millions de robots opérationnels dans le monde en 2022, dont environ 20% dédiés aux opérations de soudage.
Les robots de soudage modernes étant équipés de logiciels avancés, ils sont capables de sélectionner les bons paramètres de soudage et d'ajouter la bonne quantité de matériau de soudage tout en contribuant de manière substantielle au contrôle de la qualité. Compte tenu de l'importance croissante de la normalisation et de la certification, le contrôle de la qualité du soudage devra de plus en plus avoir lieu dans l'atelier: il s'agit d'un suivi de la production en temps réel. Pensons par exemple au contrôle effectué sur les soudures.
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Le MoMa est un infatigable petit indépendant
Un manipulateur mobile - surnom: MoMa - se compose d'une base mobile et d'un ou plusieurs bras robotisés, appelés manipulateurs. En combinant les avantages de la mobilité avec la précision et la flexibilité des bras robotisés, le MoMa est capable d'effectuer des tâches complexes dans un environnement dynamique.
La base mobile consiste en une plateforme ou un véhicule équipé, par exemple, de jambes mécaniques (leg based), de chenilles (tracked based) ou de roues (wheeled based). L'équipement présent sur la base mobile aide à la navigation et à l'évitement des obstacles. Pour effectuer des tâches complexes telles que la préparation de commandes et l'assemblage, les manipulateurs doivent être précis et disposer de plusieurs degrés de liberté. Les effecteurs terminaux, avec ou sans caméra, y contribuent.
Les lois et réglementations régissant les MoMa sont en constante évolution. En outre, les pays sont libres d'adopter des lois et des règlements supplémentaires en fonction de leurs propres exigences de sécurité, de leur législation du travail et des normes industrielles. L'ensemble des exigences finales est donc très complexe et changeant. En raison des lois et réglementations de plus en plus strictes, les MoMa subissent également toutes sortes de changements technologiques.
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L'assemblage flexible avec des robots offre des perspectives
L'utilisation de robots pour l'assemblage se justifie principalement par le fait qu'ils offrent un large éventail d'options dans la manipulation des pièces, avec une précision et une rapidité supérieures à celles de l'assemblage manuel. Les avantages qui en découlent sont notamment une productivité accrue (temps de cycle plus courts), une meilleure efficacité (temps de changement plus courts par rapport à l'assemblage manuel et flux optimisé) et une meilleure qualité. Les robots offrent la possibilité de réduire le nombre d'erreurs et, s'ils sont en outre équipés de capteurs tels que des caméras, ils peuvent détecter les erreurs dans les pièces, le processus et l'assemblage final.
Aujourd'hui, les robots d'assemblage sont déployés sur des lignes de production fixes, assemblant les mêmes pièces tout au long de la journée. Cependant, la demande actuelle du marché s'éloigne de la production en série pour s'orienter vers la personnalisation de masse et, par conséquent, vers une grande variété d'options et de possibilités sur un même produit. Toutefois, pour être compétitif, ce type de production doit être réalisable au coût de la production de masse.
Dans un contexte plus large, nous considérons la production 'high-mix low-volume' (HMLV), ou la demande de pouvoir produire une grande variété de produits en petites quantités. Cela peut même conduire à la production de pièces uniques à chaque fois, car les possibilités sont si grandes que la production de deux machines/produits identiques est pratiquement inexistante.
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La robotique dans le secteur agricole
Le producteur de robots classique voit le secteur agricole comme une branche du secteur alimentaire. Les producteurs de robots réagissent sur les valeurs IP du robot (par une fabrication IP67, p.ex.) et l’engagement de robots HE (Humid Environment) spéciaux pour environnements humides. L’engagement de robots industriels off the shelf peut se faire sans heurts d’après les producteurs de robots.
Techniquement, c’est réalisable avec des modèles foodgrade. Ceux-ci se prêtent parfaitement à l’intégration dans des applications spécifiques selon des besoins spécifiques, comme ceci est typique dans les autres secteurs. Des développeurs d’applications robotiques intégrées (p.ex. un robot cueilleur) pour l’agro-industrie nuancent le propos. D’un point de vue technique, un robot off the shelf peut être engagé dans toutes sortes d’applications agricoles. En raison des besoins couramment spécifiques, ceci n’est pas toujours une bonne solution du point de vue économique quand il s’agit de produire l’application de robot agricole (p.ex. robot cueilleur) comme produit de série. Le bras du robot doit être intégré dans un système proposé dans son ensemble pour une certaine application agricole (cf. robot cueilleur). Le bras du robot est un élément d’un ensemble plus grand, ce qui demande une approche holistique pendant la phase conceptuelle.
Les bras de robot off the shelf sont conçus dans la plupart des cas pour une utilisation la plus générique possible, ceci alors que l’application dans l’agro-industrie est régie par des spécifications strictes. Dès lors, il est irréalisable d’un point de vue économique d’intégrer un robot capable de faire plus que le strict nécessaire. La conception d’un bras spécifique, adapté au nombre de degrés de liberté exigé … ne résulte le plus souvent qu’en une fraction du coût, une fois développé, ce qui le rend bel et bien économiquement rentable et permet quand même de déjà introduire les réalisations sur le marché.
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Davantage d'applications pour les robots dans le secteur alimentaire
Malgré le succès global de l'industrie alimentaire, ces entreprises sont à la traîne en matière de robotisation. Par exemple, il a été calculé qu'au niveau mondial, l'industrie automobile utilise jusqu'à 10 fois plus de robots, alors que sa production globale est légèrement inférieure à celle de l'industrie alimentaire.
Néanmoins, l'interaction directe entre les robots et les denrées alimentaires a considérablement augmenté ces derniers temps, principalement en raison du manque de personnel techniquement qualifié. Ceux qui veulent produire plus avec le même nombre de travailleurs se tournent rapidement vers les robots. Le personnel est alors déployé ailleurs: il est rare que les robots remplacent réellement les personnes. Le mieux est d'impliquer le personnel dans le processus de robotisation le plus tôt possible: en effet, tout cela nécessite sa formation et sa participation.
L'utilisation de robots pour le contrôle de la qualité, le dosage des recettes, le placement des produits ou la garniture permet de réduire la marge d'erreur dans le processus de production et le produit final. Ainsi, certaines des variations inhérentes au travail humain peuvent être surmontées. La réduction du gaspillage dans la production est généralement aussi une conséquence de la robotisation, car les systèmes sous-jacents - par exemple les caméras et l'intelligence artificielle - peuvent détecter plus efficacement les produits qui sont mauvais et ceux qui sont encore aptes à la production ou à la vente. Cela permet également de réduire les déchets.
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La robotique et l'IA au service de la transformation de la viande
La transformation de la viande, en particulier, a connu des changements majeurs au cours des trois dernières décennies. D'abord activité artisanale et régionale caractérisée par la vente directe au consommateur, l'industrie de la viande est devenue un marché mondial avec des produits qui peuvent être transportés dans le monde entier grâce aux progrès de la réfrigération, de la congélation et de la conservation. Tous ces changements ont entraîné un glissement progressif vers la production de viande à l'échelle industrielle.
Influencés par diverses évolutions, les producteurs ont pour la plupart opté pour des robots/cobots pour l'abattage, la découpe, l'emballage et l'étiquetage. Cela permet non seulement d'accroître l'efficacité, mais aussi de garantir une qualité constante. La valeur ajoutée de l'IA est le degré de variabilité (beaucoup) plus élevé, à condition bien sûr que le processus/la capacité du robot le permette.
La mise en œuvre réussie de systèmes autonomes a permis non seulement d'accroître l'efficacité et la productivité, mais aussi d'améliorer les produits grâce à la précision avec laquelle ils travaillent. En outre, la génération actuelle est flexible, ce qui rend ces systèmes relativement faciles à intégrer dans les lignes de production existantes. Ils sont donc particulièrement adaptés aux environnements de travail dynamiques où les processus de traitement changent fréquemment.
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Empiler plus rapidement et plus efficacement avec des palettiseurs
Il existe environ quatre types de palettiseurs, chacun ayant ses propres fonctions, avantages et inconvénients. Leur point commun est qu'ils sont utilisés à la fin du processus de production, pour y empiler des produits déjà emballés. Il faut savoir que ces appareils ne travaillent pas forcément plus vite que les humains. Certains palettiseurs, tels que les palettiseurs à couches, peuvent traiter jusqu'à 2.400 sacs par heure, un rythme impossible à tenir pendant plusieurs heures pour un travailleur. Mais d'autres modèles, tels que les cobots, fonctionnent à des vitesses beaucoup plus lentes. Le plus gros atout du palettiseur est donc qu'il permet d'épargner le personnel, qui est si difficile à trouver.
Le choix du palettiseur approprié dépend avant tout du type de produit et de la capacité que le palettiseur doit atteindre. Si votre ligne de production est lente et ne traite, par exemple, qu'une boîte par minute, l'achat d'un palettiseur à couches n'a aucun sens. Grosso modo, on peut dire que les modèles les plus rapides sont plus chers.
En fin de compte, le palettiseur doit être parfaitement adapté à la production concernée pour être réellement rentable. Le nombre de lignes, la vitesse de production et le type d'emballage sont les facteurs les plus importants. Cependant, il existe un autre critère qui peut sembler banal: l'espace disponible. Comme on l'a dit, certains types de robots, comme le robot à bras articulé mais aussi le palettiseur à couches, sont plus encombrants que d'autres.
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Le câblage suit l'utilisation de plus en plus flexible des robots
Les robots sont de plus en plus utilisés dans les processus de production, souvent sur des lignes déjà existantes qui n'ont pas été conçues pour cela à l'origine. Une conséquence logique est l'apparition fréquente de situations exiguës dans lesquelles les cobots, en particulier, doivent fonctionner et donc être connectés. Par conséquent, le câblage nécessaire doit prendre en charge de plus en plus de fonctionnalités tout en étant suffisamment flexible et fiable.
Le câblage du robot doit donc être suffisamment souple pour s'adapter à ces espaces souvent limités. Du fait de la conception plus compacte de nombreux robots et cobots, le câblage interne dispose souvent de moins d'espace qu'avant et doit donc avoir des propriétés adaptées. En outre, la fonctionnalité des robots s'est considérablement accrue ces dernières années. Pensons aux mouvements plus complexes qui exercent une pression supplémentaire sur les câbles, mais aussi à la collecte et à la transmission d'un grand nombre de données de processus.
Ces opérations passent souvent par le même câble que celui de l'alimentation en énergie. Cela facilite l'installation mais nécessite un câblage adapté, capable de mieux supporter des virages serrés et une torsion plus importante. Pour permettre le mouvement le long de l'axe longitudinal, les câbles des robots sont construits très différemment des autres câbles. Cela commence au niveau de la mise en faisceau et cela se poursuit avec l'isolation des conducteurs et l'incorporation dans le câble de films spéciaux visant à augmenter la résistance à la torsion. Dans le cas des robots utilisés pour le soudage, il faut également tenir compte de la nécessité d'une résistance aux étincelles de soudage. La plupart des câbles sont également ignifugés et résistants aux UV. Un autre défi est l'augmentation de la tension et de la densité des données, notamment en raison de l'automatisation poussée et du partage plus intensif de diverses données, y compris sans fil. Le risque d'interférences électromagnétiques (IEM) s'en trouve fortement accru.
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La bonne pince pour la bonne application
Les producteurs de préhenseurs nous ont choyé ces dernières années par des dizaines de types de pinces et d'ajouts fonctionnels, si bien que la technologie est devenue très performante. La question qui se pose maintenant: quel type convient le mieux à mon application?
Pour caractériser les pinces, nous pouvons emprunter plusieurs voies: nous pouvons utiliser pour cela la forme d'énergie sous-jacente (pneumatique, électrique hydraulique, vide) mais dans les milieux académiques nous voyons de plus en plus souvent une subdivision entre pinces conventionnelles et softgrippers. Bien qu'il existe un certain lien entre l'apport d'énergie et le type de pince, la subdivision conventionnel/soft se rapproche un peu du mouvement de pince effectif.
Il convient d'examiner l'ensemble de l'outillage en bout de bras. Aujourd'hui, une fonction de préhension est bien plus qu'une simple pince à deux points qui s'ouvre et se ferme. Les modules placés entre la pince et le bras ouvrent de toutes nouvelles possibilités. Par exemple, ceux qui bénéficient d'un positionnement précis de leurs pièces savent que la moindre vibration de la machine ou de la pièce a un impact négatif sur le résultat. Outre les modules de compensation, il existe d'autres possibilités d'optimiser le champ de travail: il y a des modules pour mesurer précisément les déplacements et les transmettre, pour réaliser une rotation, pour fournir de l'énergie de manière ordonnée, pour collecter et transmettre des données, pour sécuriser les pièces contre les mouvements brusques du robot ou la protection contre la surcharge, des modules linéaires pour augmenter le champ de travail...
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L'utilité et l'avenir des robots SCARA
Les robots SCARA ont vu le jour 17 ans après l'introduction du premier robot industriel. Un tout nouveau concept spécifique pour une certaine branche d'applications. Pourquoi ce nouveau développement était-il nécessaire? Pourquoi les robots SCARA sont encore utilisé? Et ce type a-t-il encore un avenir?
Tous les fabricants de robots ne proposent pas des SCARA, tandis que d'autres mettent justement l'accent sur ce type de robot. Une grande gamme de dimensions et de portances est toutefois disponible. La portance peut varier de 1 à 20 kg tandis que les longueurs de bras peuvent varier de 170 à 1.000 mm. La zone de travail du SCARA est typiquement limitée à ce qui se trouve devant la base du robot. Le SCARA est généralement posé debout.
Les SCARA sont conçus comme robots d'assemblage là où le sens de montage se situe toujours dans le plan. Généralement, les SCARA sont aussi engagés pour l'assemblage de l'électronique, des pièces moulées par injection, des connecteurs, des commutateurs et des prises électriques, des balais d'essuie-glace, des capteurs, des pièces médicales telles que les lentilles de contact et les contraceptifs, de l'éclairage LED… Par ailleurs, les SCARA sont engagés pour emballer, le pick and place, la manipulation de matériaux, l'étiquetage et l'exécution de contrôles de qualité. Ils sont généralement moins utilisés dans les applications nécessitant des déplacements rapides et précis dans le sens vertical.
