Robotique industrielle

Un robot industriel Kawasaki FS-03N, robot de soudage

La robotique industrielle est officiellement définie par l'ISO comme un contrôle automatique, reprogrammable, polyvalent manipulateur programmable dans trois ou plusieurs axes.

Les applications typiques incluent des robots de soudage, de peinture et d'assemblage. La robotique industrielle inspecte les produits, rapidement et précisément.

Les robots industriels sont très utilisés en automobile. Leur conception nécessite une bonne connaissance et un très haut niveau dans le domaine de l'ingénierie.

Définition

Un robot industriel Motoman SDA10, robot d'assemblage

Un robot industriel est un système ayant plusieurs bras à l’image d’un bras humain souvent composé de 6 degrés de liberté, 3 axes destinés au positionnement et 3 axes à l’orientation permettant de déplacer et d'orienter un outil (organe effecteur) dans un espace de travail donné.

On peut distinguer :

• les robots de montage de dimension souvent plus réduite,
• les robots mobiles destinés à l’inspection souvent associés à de l’intelligence artificielle et capables, dans certains cas, de prendre en compte l’environnement.

Un robot se compose d'une partie mécanique, le bras lui-même, d'une armoire de commande composée d'une unité centrale qui pilote les électroniques de commande d'un ou plusieurs axes qui en assure l’asservissement, de variateurs de vitesse et d'un langage de programmation spécialisé qui permet de commander le robot (LM^[1] développé par l'Ensimag Grenoble, langage Adept type basic) qui intègre un transformateur de coordonnées pour transformer une valeur cartésienne en données codeur du moteur.

Certains robots disposent d'un mode d'apprentissage qui permet de répéter les mouvements réalisés librement à la main, l'élément essentiel étant la fidélité^[2] la capacité du robot à atteindre successivement la même position dans une tolérance définie, une procédure de calibration permet de reprendre le zéro de chacun des axes. Ils peuvent être associés à un système de vision artificielle qui leur permet de corriger les déplacements.

Pour des raisons de sécurité, ces robots sont protégés par des cages ou des carters pour interdire à l'homme de les approcher de trop près.

La diffusion et amélioration des techniques robotiques permet de faire fonctionner des usines dans le noir.

Histoire

Les ancêtres des robots sont les automates, au XVII^e siècle. D'une certaine manière, dans la mesure où l'informatique les rend totalement interactifs avec les humains, les premiers robots sont les premiers ordinateurs, conçus pendant la Seconde Guerre mondiale et réalisés juste après. Mais leurs actions se limitant à des opérations intellectuelles, les premiers robots à proprement parler sont les appareils qui, synthèses des automates et des ordinateurs, peuvent effectuer de façon automatique des tâches physiques à la place des humains, ceci de façon plus efficace, en rapidité et en précision.

En 1954, l'Américain George Devol (en) dépose le brevet de Unimate, premier robot industriel. Il s’agit d’un bras articulé capable de transférer un objet d’un endroit à un autre et inspiré des téléopérateurs utilisés dans l’industrie nucléaire dans les années 1950 pour la manipulation d’éléments radioactifs ^[3].

En 1956, la société Unimation Inc., est créée par Joseph Engelberger, associée de Revol.

En 1961, Unimate est installé aux lignes d'assemblage de l'usine Ewing Township (appartenant General Motors et située dans la banlieue de Trenton, New Jersey), Unimate. Il est chargé de saisir des pièces de métal à très haute température et de les déplacer jusqu’à des bains de refroidissement. À l'époque, la direction de General Motos ne diffuse pas l'information, estimant qu'il s'agissait d'un procédé expérimental risquant de ne pas fonctionner^[4]. Elle finit cependant par passer commande de 66 exemplaires ^[5].

En 1968, Unimation est le leader du marché mondial de la robotique ^[6].

En 1976, la première entreprise à adopter ses produits en France est Renault en 1976 ^[7].

En 1983, La société Westinghouse (à l’origine des premiers robots humanoïdes) rachète Unimation Inc. avant de la revendre à Staubli trois ans plus tard^[8].

La robotique industrielle dans le monde

Selon le ministère de l'industrie, on peut estimer le nombre total de robots industriels dans le monde à au moins 1,15 million en 2010, et on en prévoit 1,58 million en 2016. Ces estimations sont basées sur l’hypothèse d’une durée de fonctionnement moyenne de 12 ans. Avec une durée moyenne de 15 ans, il y aurait 1,4 million de robots industriels en 2011.

Environ 69 000 robots industriels ont été produits dans le monde en 1998, 120 000 en 2005, mais 113 000 en 2008. La production baissait brutalement en 2009 (60 000) pour reprendre de plus belle (120 600 en 2010, 166 000 en 2011, 207 500 prévus en 2015).

En 2011, les ventes de robots industriels s’élevaient à 9,5 milliards de dollars. Si on inclut les logiciels, les périphériques et l’ingénierie-systèmes, le marché des systèmes robotiques industriels est estimé à 28,5 milliards de dollars en 2011 ; il devrait s’accroître dans le futur, mais à des taux moins élevés que dans le passé^[9].

Domaines d'utilisation

• Les robots industriels ont d'abord été développés pour intervenir dans les milieux à risques (nucléaire, forte corrosion...) puis dans l'automobile avec le robot Unimate, le premier robots industriel de la société américaine Unimation, au début des années soixante.
• Ils servent aussi beaucoup dans le maniement d'objets lourds.
• Le petit assemblage de précision sur des petites séries.

Types de robots industriels

Des robots industriels au travail dans une usine

• Certains robots sont programmés pour exécuter fidèlement des actions spécifiques répétitives. Ils sont programmés avec un haut degré de précision.
• D'autres robots sont beaucoup plus flexibles. Ils sont par exemple utilisés en peinture.

L'intelligence artificielle est en passe de devenir un facteur important dans la robotique industrielle.

Robots cartésiens

On appelle robot cartésien les robots ayant des articulations de type prismatique pour le déplacement de l'outil, mais forcément 3 rotoïdes pour l'orientation de celui-ci. Pour pouvoir déplacer et orienter l'organe effecteur dans toutes les directions en 3D, un tel robot a besoin de 6 axes : 3 prismatiques pour le déplacement, 3 rotoïdes pour l'orientation. Dans un environnement à 2 dimensions, il suffit de 3 axes : 2 pour le déplacement, 1 pour l'orientation.

Robot cartésien 5 axes pour la plasturgie

Robots polaires

On appelle robot polaire les robots ayant uniquement des articulations de type rotoïde. Pour pouvoir déplacer et orienter l'organe effecteur dans toutes les directions en 3D, un tel robot a besoin de 6 axes : 3 pour le déplacement, 3 pour l'orientation. Dans un environnement à 2 dimensions, il suffit de 3 axes : 1 pour le déplacement, 2 pour l'orientation.

Fonctionnement

Certains robots utilisent des moteurs électriques, d'autres utilisent des vérins hydrauliques. Les premiers sont plus rapides, les derniers sont plus forts et avantageux dans des applications telles que la pulvérisation de peinture.

Exemples d'utilisation

• en 2D : table traçante.^{[réf. nécessaire]}
• en 3D : robot de chargement

Mouvements et singularités

Programmation des mouvements d'un robot sur un ordinateur

L'installation ou la programmation des mouvements et les séquences d'un robot industriel est généralement faite en liant le robot à un ordinateur portable ou à un ordinateur de bureau.

Exemple d'une séquence de programmation :

Constructeurs

Liste de robots industriels

Robots industriels :

• Unimate, le 1^er robot industriel
• KUKA FAMULUS, le premier robot à 6 axes entraînés de façon électromécanique (1973)
• Lemur, robot industriel à 6 pattes
• Robot Delta, robot ayant un bras de manipulation formé de 3 parallélogrammes
• Adept Quattro, robot doté de quatre bras
• Motoman SDA10, un robot qui fait la cuisine
• Robot-delta 360° en version 2D&3D : inventé par Peter Bambura en 2013 "Robot-delta" , ces robots sont conçus pour assembler des pièces de faible taille en copiant un mode d'assemblage d'un opérateur.

Robots de traite (agriculture) :

Les essais de traite automatisée ont été entrepris dès les années 1980, notamment par l'Institut de recherche pour l'ingénierie de l'agriculture et de l'environnement (CEMAGREF) en France. La difficulté principale, concerne le repérage des pis de la vache, qui présentent une grande variabilité, d'une vache à l'autre, mais aussi pour la même vache en fonction de la période. Les robots de traites sont développés soit par les principaux constructeurs de matériel de traite, soit par des entreprises spécialisées.

• Robot de traite Proflex BouMatic
• Robot de traite VMS Delaval
• Robot de traite Astronaut Lely
• Robot de traite Titan Westfalia Surge
• Robot de traite Merlin Fullwood
• Robot de traite RDS Futureline SAC Christensen, utilisant un robot industriel pour la manipulation des faisceaux de traite.

Annexes

Notes et références

1. ↑ Du nom de leurs concepteurs Latombe-Mazer
2. ↑ Certains auteurs parlent aussi de répétabilité
3. ↑ L'usine nouvelle, 30 juillet 2014
4. ↑ Canal blog, février 2012
5. ↑ L'usine nouvelle, op. cit.
6. ↑ L'usine nouvelle, op. cit.
7. ↑ L'usine nouvelle, op. cit.
8. ↑ L'usine nouvelle, op. cit.
9. ↑ World Robotics 2012 – Industrial Robots. Executive Summary, p. 8-18. IFR Press Conference, Taipei, 30 Aug. 2012, 14 pp.

Liens externes

• Histoire de la robotique, Go Tronic
• (en) Les robots industriels
• (en) IFR - International Federation of Robotics
• (en) Ria - Robotics Online
• - Japon et Corée toujours en tête

Liens internes

• Portail de la robotique