Quandlerobotindustriel sortdesacage…

Le 05/07/2017 à 14:00  

Le succès des cobots de la série UR d'Universal Robots ne tient pas seulement au fait qu'ils puissent fonctionner sans barrières de protection. Ils sont aussi faciles à installer et à utiliser – pas besoin d'être un expert en robotique –, très flexibles dans leur utilisation et capables d'offrir un retour sur investissement de l'ordre d'un an, voire moins, selon son fabricant.

Universal Robots

L iminuer la pénibilité du travail tou orsque l'on pense robotique industrielle, on imagine des lignes de production entièrement automatisées où s'affaire toute une ribambelle de robots, souvent de grandes dimensions, qui effectuent à un rythme élevé et sans discontinuer, différentes tâches. Surtout, on imagine ces robots positionnés derrière des cages de protection (ou barrières de sécurité), dans un environnement où l'homme n'a pas sa place, si ce n'est lors des interventions de maintenance et/ou de réparation qui imposent l'arrêt des robots, avec ce que cela peut engendrer en matière de perte de productivité. Pourtant, dans l'industrie, l'homme et le robot tendent depuis peu à se rapprocher et même à collaborer. « Derrière l'expression “robotique collaborative”,se cachent de nouvelles possibilités autorisées par la normalisation et l'évolution des technologies,permettant à l'homme de travailler de manière sécurisée dans la zone d'action d'un robot,que ce dernier soit un robot de type industriel classique ou qu'il soit intrinsèquement adapté à cette collaboration homme/ robot », précise Philippe Charles,responsable produits robotique d'ABB France. La première étape de la robotique collaborative –appelée aussi cobotique– fut en effet de doter les robots industriels standards de fonctions collaboratives. Depuis quasiment une dizaine d'années déjà, les grands noms de la robotique industrielle,tels qu'ABB, Fanuc, Kuka et Stäubli œuvrent en ce sens en munissant leurs robots de fonctions spécifiques de sécurité via l'ajout, dans la baie de commande, d'un calculateur de sécurité ou d'un logiciel de sécurité. Par ailleurs, un dispositif de détection de présence de l'opérateur dans la zone d'action du robot, ainsi que dans les zones proches, doit aussi être mis en place. « Nécessitant la mise en œuvre de capteurs de sécurité capables de gérer plusieurs zones ou volumes de sécurité et pou-vant interagir avec le robot,ce dispositif permet à la machine d'adapter son “comportement” en fonction de la zone où se trouve l'opérateur : arrêt complet du robot quand la personne se trouve dans le volume d'action du robot,vitesse de mouvement du robot réduite à 250 mm/s quand l'opérateur se positionne en dessous d'une certaine distance par rapport au volume d'action du robot,etc. », explique Philippe Charles d'ABB. Répandu dans des industries telles que l'automobile ou l'aéronautique,ce type de robots n'offre toutefois qu'un niveau d'interaction avec l'homme limité et nécessite de maintenir au moins en partie la cage de protection. « C'est ce que l'on appelle la co-activité,c'est-à-direunpartage des espaces où l'homme et le robot travaillent sur une même chaîne de production, mais pas sur le même poste de travail : ils s'acquittent de tâches différentes, à des endroits différents, même si l'opérateur et la machine peuvent se trouver assez proches l'un de l'autre. C'est ce que l'on voit notamment sur les chaînes de production des constructeurs automobiles. Ces robots collaboratifs sont utilisés dans la manipulation de pièces, l'aide à la manipulation d'outils, etc. », précise Sylvain Acoulon, consultant en sécurité des machines auprès du Cetim (Centre technique des industries mécaniques).

C'est quoi un cobot ? Quels sont ses avantages ?

« Mais la véritable cobotique va beaucoup plus loin en termes d'interaction entre l'homme et le robot car elle permet à ce dernier de se“libérer”complètement de sa cage de protection afin qu'il puisse travailler avec l'homme sur un même poste de travail,et cela,sans danger pour l'opérateur. On parle alors de cobot. Cette fa- coup, ne peut manipuler que des charges n'excédant pas 500 grammes par bras. À l'inverse, le cobot de Fanuc, référencé CR-35iA, est le premier modèle du marché à manipuler des charges allant jusqu'à 35kg, mais au prix d'une vitesse réduite. La plupart des cobots travaillent en général avec des charges comprises entre 1 et 10kg. Discipline relativement récente, la cobotique ne cesse d'évoluer et de se perfectionner grâce à l'évolution des technologies de capteurs. « Pour que le cobot puisse interagir avec son environnement, il existe une grande variété de technologies de capteurs qu'il peut intégrer : des capteurs d'effort aux capteurs de contact,en passant par les capteurs de proximité basés sur une technologie à ultrasons, mais également des capteurs de position articulaire, appelés aussi capteurs articulaires, basés sur la mesure de déformation des ressorts d'articulation du robot via des jauges de contrainte,tels que ceux embarqués dans les cobots de Kuka ou d'Uni-versal Robots », précise Yann Perrot du CEA List. Mais d'autres technologies sont également à l'étude. Ainsi, le CEA List travaille-t-il sur une technologie sans capteurs basée sur un asservissement du courant dans les moteurs du robot. « Le courant constitue en effet une bonne image de l'effort produit par le robot. L'avantage de cette technologie réside dans sa rapidité puisque les temps de réaction du robot sont de l'ordre de la milliseconde,alors que l'on se trouve plutôt dans la fourchette 10-100 ms dans le cas des autres technologies », argumente Yann Perrot. Quant à la société allemande MRK-Systeme,elle est à l'origine d'un cobot doté d'une « peau» sensible qui lui permet de percevoir son environnement à (faible) distance, c'est-à-dire avant le contact avec un opérateur (quelques centimètres) grâce à une technologie à base de capteurs capacitifs (celle-là même utilisée dans les écrans tactiles). Une détection optique de l'opérateur permettrait, également, non pas de minimiser l'impact des chocs, mais de les prévenir. « Le problème est qu'il n'existe pas de solution optique idéale qui permette de détecter de manière fiable la présence d'un opérateur, et surtout de le différencier d'un objet quelconque. Les solutions déjà testées in situ telles que des systèmes de stéréovision ou de lidar n'ont pas été concluantes à cause d'arrêts intempestifs, et n'ont finalement pas été retenues. Mais ce n'est qu'une question de temps », explique Sylvain Acoulon, consultant auprès du Cetim. D'autres solutions technologiques existent comme la vision 3D à mesure de temps de vol considérée comme prometteuse pour cette application. Notons enfin que certains cobots utilisent des astuces supplémen-taires pour minimiser les conséquences éventuelles de contact entre l'opérateur et le cobot.YuMi, par exemple, dispose de bras en magnésium (moins dense que l'aluminium), de coques flottantes et de mousse pour réduire les effets des impacts avec l'opérateur.

Pour l'heure, les robots collaboratifs trouvent leur place dans la production automobile (Renault, BWM, Audi, Volkswagen, Valeo…) dans des fonctions simples de type vissage, mais aussi dans l'électronique, l'agroalimentaire, la logistique, la pharmaceutique, la cosmétique, la petite mécanique de précision, le dévracage, etc.

La start-up française Isybot, essaimée du CEA List, a conçu un cobot déjà utilisé dans une première application industrielle. Développée avec l'entreprise Gebe2 pour la SNCF, cette application concerne le ponçage des portes des trains. Une fois que l'opérateur a délimité les zones à poncer, le robot suit la trajectoire indiquée et réalise le travail qui était auparavant fait par l'opérateur et le décharge ainsi de cette tâche fastidieuse.

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