De nombreuses grandes entreprises utilisent depuis longtemps des robots industriels dédiés pour augmenter l'efficacité et la productivité de leurs lignes de production. Les robots leur confèrent également un avantage concurrentiel en termes de coûts par rapport aux petites entreprises de production qui ne pourraient pas en bénéficier. Mais les robots industriels ne sont plus exclusifs à la fabrication à grande échelle. Des robots plus petits et polyvalents sont désormais disponibles pour augmenter la productivité pour un large éventail d'opérations, travaillant en tant que collaborateurs du côté humain dans des espaces très confinés. Cet article examine ce qui freinait la transition des robots de la grande industrie vers les petites entreprises dotées de fonctions collaboratives, et pourquoi les choses ont changé aujourd'hui. Il présentera ensuite quelques exemples de robots - sous forme de bras manipulateurs - de KUKA Robotics Corp et expliquera comment ils peuvent être mis en œuvre sans discernement dans de grandes et petites installations.
La naissance du robot collaboratif
Plusieurs facteurs ont historiquement déterminé l'utilisation de la robotique industrielle uniquement pour les grandes entreprises. La raison fondamentale était la difficulté de générer un retour sur investissement (ROI). Les premiers robots industriels ont nécessité des efforts d'ingénierie importants et ont été entièrement adaptés à leur tâche. En conséquence, ils ne pouvaient gérer qu'une gamme extrêmement restreinte d'opérations. Compte tenu du coût et du manque de flexibilité, le robot devait offrir des améliorations substantielles d'efficacité et de productivité par rapport aux méthodes manuelles et, pour justifier sa mise en œuvre, il devait être utilisé sur des lignes de production à grand volume. Des conditions que les moyennes et petites entreprises de production étaient difficiles à garantir. Pour maximiser les avantages, la plupart des robots industriels destinés aux grandes entreprises avaient tendance à être de grande taille et rapides, fonctionnant avec des matériaux et à des vitesses dépassant les capacités humaines (Figure 1). L'élan du robot peut être suffisamment élevé pour causer des blessures ou même la mort à tout travailleur affecté le long de la trajectoire du mouvement. Pour assurer la sécurité des travailleurs, les gros robots industriels doivent être isolés derrière des cages ou d'autres barrières imbriquées, de sorte qu'ils s'arrêtent si quelqu'un entre dans leur espace.
Les robots industriels traditionnels
L'introduction de bras manipulateurs robotiques compacts, a proposé plusieurs alternatives aux opérateurs d'installations industrielles. Ces dispositifs fournissent une plate-forme générique prête à l'emploi qui offre une flexibilité opérationnelle significative à un coût relativement modeste. Combinées avec des attachements d'effecteur d'extrémité dédiés, tels que des pinces ou des outils montés à l'extrémité du bras robotique, ces plates-formes à usage général élargissent considérablement la gamme de tâches pour lesquelles un système robotique peut être créé pour générer un retour sur investissement adéquat. De plus, une fois leurs applications initiales expirées, ces bras robotiques peuvent être facilement programmés pour effectuer différents mouvements ou reprogrammés avec différents mécanismes effecteurs d'extrémité, ce qui étend leur potentiel de retour sur investissement. Une autre caractéristique clé de ces bras robotiques industriels compacts est leur capacité à s'intégrer dans des espaces de travail confinés et à s'intégrer aux réalités de production existantes. Contrairement à leurs cousins plus massifs dans les grandes usines de fabrication, les robots compacts peuvent également agir en tant que «collaborateurs» pour les opérateurs humains, au lieu de les remplacer. Ces robots collaboratifs compacts - également appelés cobots - sont conçus pour travailler en étroite collaboration avec les opérateurs humains, sans cages de protection ni autres barrières nécessaires pour assurer la sécurité des personnes pendant que les robots se déplacent. Les bras robotiques compacts sont moins massifs et se déplacent plus lentement que les robots industriels traditionnels, ils sont donc capables de s'arrêter en cas de contact. ce qui minimise le risque de blessure. De plus, pour éviter complètement la possibilité d'une collision, ils ont souvent des capteurs de proximité intégrés. De plus en plus de fournisseurs ont commencé à produire des bras robotiques industriels compacts pour les petites et moyennes entreprises. Un exemple est la famille AGILUS de KUKA Robotics, disponible en trois versions. Le plus petit est AGILUS KR 3 R540, mentionné ci-dessus. Il fonctionne dans un espace de 0,18 mètre carré et peut supporter des charges allant jusqu'à 3 kg, ce qui le rend adapté à de nombreuses applications d'assemblage et de manutention. AGILUS KR 6 R900-2 gère jusqu'à 6 kg, tandis que AGILUS KR 10 R1100-2 atteint 10 kg. Tous les trois ont la même forme et le même comportement et sont disponibles en kits, complets avec unité de commande et unité opérateur portable pour le contrôle, la surveillance et la programmation de l'activité du robot.
Les axes de mouvement dans des bras robotiques industriels compacts
Comme de nombreux bras robotiques, les appareils AGILUS ont six axes de mouvement: une base rotative (A1), un bras de base (A2), un bras de liaison (A3), un poignet en ligne qui peut tourner (A4) et se plier (A5) et une bride de montage rotative (A6) sur laquelle les effecteurs d'extrémité sont fixés. Les axes A2 à A5 fonctionnent ensemble pour positionner le centre du poignet n'importe où dans l'enveloppe de travail verticale, illustrée à la figure 4 (a), tandis que la base rotative peut diriger cette enveloppe verticale presque n'importe où autour du bras, comme dans la figure 4 (b). Le centre de gravité pour la fixation de l'effecteur d'extrémité peut être décalé de cette position, comme indiqué sur la figure. Le bras peut être monté à volonté, au sol, sur un banc, un chariot, un mur ou un plafond.
Diagramme des options de position du bras robotique
Contrôler le mouvement d'un robot avec tous ces axes nécessitait auparavant des compétences de programmation sophistiquées, mais maintenant c'est plus facile. Les bras robotiques sont généralement équipés d'un ordinateur de contrôle et d'une tablette d'interface utilisateur qui permettent à ce dernier de déplacer le robot à l'aide de simples boutons directionnels pour atteindre les «points de référence» souhaités. La séquence complète des mouvements que le robot peut suivre automatiquement est déterminée par la série de points de référence enregistrés. Certains systèmes robotiques permettent également à l'utilisateur de positionner manuellement le bras robotique sur les points de référence souhaités au lieu d'utiliser les boutons directionnels.Les deux approches servent à «apprendre» au robot quels mouvements il doit effectuer, afin qu'il puisse les répéter sur commande. La possibilité pour l'utilisateur d'apprendre, au lieu de saisir des codes, simplifie non seulement la configuration initiale du robot pour une tâche, mais permet également d'adapter facilement le mouvement aux besoins changeants. À l'aide de la tablette de contrôle, l'utilisateur peut également affiner et corriger les mouvements selon les besoins pendant l'activité de production. Ces types de bras robotiques avec une programmation de commande simplifiée fournissent un point de départ pour des solutions d'automatisation industrielle, servant de manipulateurs de position pour le mécanisme d'un effecteur terminal approprié à la tâche à accomplir. Ces mécanismes peuvent aller de simples pinces de préhension et de maintien de position et de positionnement aux machines-outils telles que les tournevis et les perceuses, aux systèmes complexes tels que les soudeurs et les pulvérisateurs de peinture. L'application cible déterminera les effecteurs finaux et les activités d'intégration de système nécessaires pour construire une solution complète. Des mécanismes d'effecteur d'extrémité conçus pour de nombreuses opérations courantes sont disponibles auprès des fournisseurs de bras robotiques et des intégrateurs de systèmes tiers. Par exemple, des pinces à mâchoires, à deux ou trois doigts et des mécanismes de préhension magnétiques ou à vide sont disponibles chez de nombreux fournisseurs pour ramasser et manipuler des objets. Vous pouvez également trouver des perceuses, des tournevis, des meuleuses et des lames pour les applications de fabrication et d'assemblage. Les fournisseurs de bras robotisés proposent également des solutions d'application complètes. Ces systèmes comprennent des éléments d'un système d'effecteur d'extrémité, des éléments de commande et un logiciel système, ainsi que le bras robotique en tant que package d'automatisation préconfiguré. Le pack de peinture, par exemple, a été développé en collaboration avec le groupe Dürr, une société d'ingénierie mécanique et d'installations, et est basé sur AGILUS KR 10. Il comprend le pulvérisateur, la pompe et le changeur de couleur pour les applications de peinture haute pression. Basse pression, un ou deux composants, à base d'eau ou de solvant. L'unité de commande Dürr EcoAUC régule le processus de peinture, tandis que le contrôleur KUKA KR C4 gère le mouvement du bras robotique. Mais les utilisateurs ne sont pas limités à ces systèmes préconfigurés lorsqu'ils appliquent la technologie robotique à leurs opérations. Grâce à la flexibilité d'installation et de déplacement du bras robotisé, à la facilité de programmation et à la bride de fixation polyvalente de l'effecteur terminal, il est possible de réaliser de nombreuses applications personnalisées. Le secret est d'identifier les tâches répétitives dans un processus de fabrication existant que le robot peut «donner un coup de main» ou prendre entièrement à la place d'opérateurs humains. Siemens, par exemple, utilise un petit bras robotique pour le stator dans sa production de moteurs électriques. Le stator est en tôle d'acier magnétique poinçonnée avec une plaque de support en aluminium qui doit être usinée mécaniquement pour être dans les tolérances. Le bras robotique s'est vu confier la tâche répétitive de ramasser les pièces sur un support, de les placer sur un tour automatique où elles sont traitées, d'enlever les pièces finies, de les nettoyer au jet d'air et de les placer dans une station de mesure pour vérifier les tolérances. Le contrôleur de robot interagit avec d'autres équipements pour scanner le code-barres de la pièce à des fins de suivi et pour déplacer la pièce mesurée sur un convoyeur qui la mènera à la station d'usinage suivante ou à une station statique où un opérateur humain effectuera des ajustements ou des remplacements comme nécessaire. Les caractéristiques de sécurité du bras robotisé permettent aux humains et au robot de fonctionner dans le même espace de travail sans clôtures de protection ou autres barrières qui pourraient obstruer le flux de travail.
