Un robot industriel est un système de robot utilisé pour la fabrication. Les robots industriels sont automatisés, programmables et capables de se déplacer sur deux axes ou plus.

Les applications typiques des robots comprennent le soudage, la peinture, l’assemblage, le pick and place pour les circuits imprimés, l’emballage et l’étiquetage, la palettisation, l’inspection des produits et les tests; tout est accompli avec une endurance, une vitesse et une précision élevées. Ils peuvent aider à la manutention.

Selon les estimations de la Fédération internationale de robotique (IFR), environ 1,64 million de robots industriels étaient en opération dans le monde en 2015.

Types et caractéristiques
Les configurations de robots les plus couramment utilisées sont les robots articulés, les robots SCARA, les robots delta et les robots à coordonnées cartésiennes (robots à portique ou robots xyz). Dans le contexte de la robotique générale, la plupart des types de robots entreraient dans la catégorie des bras robotiques (inhérente à l’utilisation du mot manipulateur dans la norme ISO 1738). Les robots présentent différents degrés d’autonomie:

Certains robots sont programmés pour effectuer fidèlement des actions spécifiques encore et encore (actions répétitives) sans variation et avec une grande précision. Ces actions sont déterminées par des programmes programmés qui spécifient la direction, l’accélération, la vitesse, la décélération et la distance d’une série de mouvements coordonnés.
D’autres robots sont beaucoup plus flexibles quant à l’orientation de l’objet sur lequel ils opèrent ou même à la tâche qui doit être effectuée sur l’objet lui-même, que le robot peut même avoir besoin d’identifier. Par exemple, pour un guidage plus précis, les robots contiennent souvent des sous-systèmes de vision industrielle faisant office de capteurs visuels, reliés à de puissants ordinateurs ou contrôleurs. L’intelligence artificielle, ou ce qui en découle, [clarification nécessaire] devient un facteur de plus en plus important dans le robot industriel moderne.

Une distinction est faite entre les robots en fonction de la cinématique utilisée:

Cinématique parallèle:
Robot Delta avec 3 axes rotatifs montés sur châssis et guidage par parallélogramme spatial de la plate-forme de travail.
Robots hexapodes (grecs « Sechsfüßer ») à 6 axes linéaires, souvent utilisés dans des simulateurs de vol

Cinématique série
Robot articulé:
Robots à 5 et 6 axes avec 5 ou 6 axes de rotation (comparable au bras humain)
Robot à 7 axes à 7 axes
Robot à deux bras avec 15 axes (deux axes à 7 axes et un autre axe de rotation)
Robot de palettisation à 2 ou 4 axes de rotation entraînés et verrouillage mécanique de l’orientation du poignet
Robot SCARA avec 3 axes de rotation parallèles et un axe linéaire
Robot portique à 3 axes linéaires (déplacement dans un système de coordonnées cartésiennes x / y / z, porte-conteneurs comparable) et éventuellement un axe de rotation directement sur le préhenseur.

Une caractéristique importante des robots industriels est la capacité de charge. Ceci décrit la masse qui peut être attachée à la fin du maximum du manipulateur. Pour les robots à bras articulé, il existe actuellement une bande passante de 2,5 à 1300 kilogrammes. De plus, la dynamique et la précision sont essentielles.

Le robot collaboratif est un type particulier qui est conçu pour pouvoir travailler avec des personnes dans une pièce sans gardien. Cela ouvre de nouvelles applications, mais impose également de nouvelles exigences au concept de sécurité, ce qui peut entraîner des restrictions en termes de capacité de charge, de temps de cycle, etc.

Histoire de la robotique industrielle
Le premier robot industriel connu, conforme à la définition ISO, a été complété par « Bill » Griffith P. Taylor en 1937 et publié dans le magazine Meccano en mars 1938. Le dispositif ressemblant à une grue a été construit presque entièrement à l’aide de pièces Meccano et alimenté par un seul moteur électrique. Cinq axes de mouvement étaient possibles, incluant la rotation et la rotation. L’automatisation a été réalisée à l’aide de ruban de papier perforé afin d’activer les solénoïdes, ce qui faciliterait le mouvement des leviers de commande de la grue. Le robot pourrait empiler des blocs de bois selon des modèles préprogrammés. Le nombre de tours du moteur requis pour chaque mouvement souhaité a d’abord été tracé sur du papier quadrillé. Ces informations ont ensuite été transférées sur la bande de papier, également pilotée par le moteur unique du robot. Chris Shute a construit une réplique complète du robot en 1997.

George Devol a déposé les premiers brevets de robotique en 1954 (octroyés en 1961). La première entreprise à produire un robot a été Unimation, fondée en 1956 par Devol et Joseph F. Engelberger. Les robots Unimation étaient également appelés machines de transfert programmables, leur principale utilisation étant au départ de transférer des objets d’un point à un autre, moins d’une dizaine de mètres. ou tellement à part. Ils utilisaient des actionneurs hydrauliques et étaient programmés selon les coordonnées des articulations, c’est-à-dire que les angles des différentes articulations étaient mémorisés pendant une phase d’enseignement et reproduits en fonctionnement. Leur précision était de 1/10 000 de pouce (remarque: bien que la précision ne soit pas une mesure appropriée pour les robots, elle est généralement évaluée en termes de répétabilité – voir plus loin). Unimation a ensuite octroyé une licence de technologie à Kawasaki Heavy Industries et à GKN, qui fabriquent respectivement Unimates au Japon et en Angleterre. Cincinnati Milacron Inc. de l’Ohio a longtemps été le seul concurrent d’Unimation. Cela a radicalement changé à la fin des années 1970, lorsque plusieurs grands conglomérats japonais ont commencé à produire des robots industriels similaires.

En 1969, Victor Scheinman de l’Université de Stanford a inventé le bras Stanford, un robot articulé à 6 axes entièrement électrique conçu pour permettre une solution du bras. Cela lui a permis de suivre avec précision des trajectoires arbitraires dans l’espace et d’élargir l’utilisation potentielle du robot à des applications plus sophistiquées telles que l’assemblage et le soudage. Scheinman a ensuite conçu un deuxième bras pour le MIT AI Lab, appelé « bras MIT ». Scheinman, après avoir reçu une bourse d’Unimation pour développer ses conceptions, a cédé ces conceptions à Unimation qui les a développées avec le soutien de General Motors pour les commercialiser ultérieurement sous le nom de PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly).

La robotique industrielle a pris son essor assez rapidement en Europe, ABB Robotics et KUKA Robotics commercialisant des robots en 1973. ABB Robotics (anciennement ASEA) a présenté IRB 6, parmi le premier robot au monde contrôlé par un microprocesseur électrique. Les deux premiers robots IRB 6 ont été vendus à Magnusson en Suède pour le meulage et le polissage des coudes de tuyaux. Ils ont été installés en production en janvier 1974. En 1973 également, KUKA Robotics construisit son premier robot, connu sous le nom de FAMULUS, l’un des premiers robots articulés à avoir six axes à commande électromécanique.

L’intérêt pour la robotique a augmenté à la fin des années 1970 et de nombreuses sociétés américaines y sont entrées, notamment de grandes sociétés telles que General Electric et General Motors (qui a formé la coentreprise FANUC Robotics avec la société japonaise FANUC LTD). Automatix et Adept Technology, Inc. figurent parmi les start-ups américaines. Au plus fort du boom des robots en 1984, Unimation fut acquise par Westinghouse Electric Corporation pour 107 millions de dollars. Westinghouse a vendu Unimation à la société française Stäubli Faverges SCA en 1988, qui fabrique encore des robots articulés pour les applications industrielles générales et de salles blanches, et a même acheté la division robotique de Bosch fin 2004.

Seules quelques sociétés non japonaises ont finalement réussi à survivre sur ce marché, les principales étant: Adept Technology, Stäub, la société suédo-suisse ABB Asea Brown Boveri, la société allemande KUKA Robotics et la société italienne Comau.

Zone d’application
Les robots industriels sont utilisés dans de nombreux domaines de production, tels que

en tant que robot rejoignant
pression Ajouter
Collage et scellement
Rouleau Hemming

comme dispositif de manutention pour
Equiper des machines (robot d’assemblage)
monter
Palettisation (palettiseur)
Empilement (robot empilable)
Retirer des pièces (robot de cueillette)
emballage

en tant que robot de peinture pour la peinture ou en tant que robot de polissage

comme robot de mesure pour mesurer et tester

robot de meulage pour la rectification par bande

comme robot de coupe pour
Fraisage, sciage, découpe au jet d’eau ou
avec laser, couteau, chalumeau ou plasma

robot de soudage pour
Chemin de soudage (arc)
la soudure au laser
goujons soudés
Soudage par résistance (soudage par points)

Description technique

Définir les paramètres
Nombre d’axes – deux axes sont nécessaires pour atteindre n’importe quel point d’un plan; trois axes sont nécessaires pour atteindre n’importe quel point de l’espace. Pour contrôler totalement l’orientation de l’extrémité du bras (c.-à-d. Le poignet), trois autres axes (lacet, tangage et roulis) sont nécessaires. Certains modèles (par exemple, le robot SCARA) négocient des possibilités de mouvement limitées en termes de coût, de rapidité et de précision.
Degrés de liberté – Ils correspondent généralement au nombre d’axes.
Enveloppe de travail – la région de l’espace qu’un robot peut atteindre.
Cinématique – la disposition réelle des éléments rigides et des articulations dans le robot, qui détermine les mouvements possibles du robot. Les classes de la cinématique de robot incluent articulé, cartésien, parallèle et SCARA.
Capacité de charge ou charge utile – le poids qu’un robot peut soulever.
Vitesse – à quelle vitesse le robot peut-il positionner l’extrémité de son bras. Ceci peut être défini en termes de vitesse angulaire ou linéaire de chaque axe ou en tant que vitesse composée, c’est-à-dire la vitesse d’extrémité du bras lorsque tous les axes sont en mouvement.
Accélération – la rapidité avec laquelle un axe peut accélérer. Comme il s’agit d’un facteur limitant, un robot peut ne pas être en mesure d’atteindre la vitesse maximale spécifiée pour des mouvements sur une courte distance ou un trajet complexe nécessitant de fréquents changements de direction.
Précision – à quel point un robot peut atteindre une position commandée. Lorsque la position absolue du robot est mesurée et comparée à la position commandée, l’erreur est une mesure de la précision. La précision peut être améliorée avec une détection externe, par exemple un système de vision ou Infra-Red. Voir calibration du robot. La précision peut varier avec la vitesse et la position dans l’enveloppe de travail et avec la charge utile (voir conformité).
Répétabilité – le retour du robot dans une position programmée. Ce n’est pas la même chose que la précision. Il se peut que, lorsque l’on vous dit d’aller dans une certaine position XYZ, il n’atteigne qu’à 1 mm de cette position. Ce serait sa précision qui pourrait être améliorée par un étalonnage. Mais si cette position est apprise dans la mémoire du contrôleur et que chaque fois qu’elle y est envoyée, elle revient à 0,1 mm de la position apprise, la répétabilité sera alors à 0,1 mm.

La précision et la répétabilité sont différentes mesures. La répétabilité est généralement le critère le plus important pour un robot et s’apparente au concept de «précision» dans les mesures – voir exactitude et précision. L’ISO 9283 définit une méthode permettant de mesurer à la fois la précision et la répétabilité. Généralement, un robot est envoyé à une position apprise plusieurs fois et l’erreur est mesurée à chaque retour à la position après avoir visité 4 autres positions. La répétabilité est ensuite quantifiée en utilisant l’écart type de ces échantillons dans les trois dimensions. Bien entendu, un robot typique peut commettre une erreur de position dépassant cette limite, ce qui pourrait poser un problème pour le processus. De plus, la répétabilité est différente dans différentes parties de l’enveloppe de travail et varie également avec la vitesse et la charge utile. La norme ISO 9283 spécifie que la précision et la répétabilité doivent être mesurées à la vitesse maximale et à la charge utile maximale. Mais cela donne des valeurs pessimistes alors que le robot pourrait être beaucoup plus précis et reproductible à des charges et à des vitesses faibles. La répétabilité dans un processus industriel dépend également de la précision de l’effecteur final, par exemple une pince, et même de la conception des «doigts» qui correspondent à la pince et à l’objet saisi. Par exemple, si un robot prend une vis par sa tête, celle-ci peut présenter un angle aléatoire. Une tentative ultérieure d’insertion de la vis dans un trou pourrait facilement échouer. Ces scénarios et des scénarios similaires peuvent être améliorés avec des ‘introductions’, par exemple en rendant l’entrée du trou effilée. Mais cela donne des valeurs pessimistes alors que le robot pourrait être beaucoup plus précis et reproductible à des charges et à des vitesses faibles. La répétabilité dans un processus industriel dépend également de la précision de l’effecteur final, par exemple une pince, et même de la conception des «doigts» qui correspondent à la pince et à l’objet saisi. Par exemple, si un robot prend une vis par sa tête, celle-ci peut présenter un angle aléatoire. Une tentative ultérieure d’insertion de la vis dans un trou pourrait facilement échouer. Ces scénarios et des scénarios similaires peuvent être améliorés avec des ‘introductions’, par exemple en rendant l’entrée du trou effilée. Mais cela donne des valeurs pessimistes alors que le robot pourrait être beaucoup plus précis et reproductible à des charges et à des vitesses faibles. La répétabilité dans un processus industriel dépend également de la précision de l’effecteur final, par exemple une pince, et même de la conception des «doigts» qui correspondent à la pince et à l’objet saisi. Par exemple, si un robot prend une vis par sa tête, celle-ci peut présenter un angle aléatoire. Une tentative ultérieure d’insertion de la vis dans un trou pourrait facilement échouer. Ces scénarios et des scénarios similaires peuvent être améliorés avec des ‘introductions’, par exemple en rendant l’entrée du trou effilée. qui correspondent à la pince à l’objet saisi. Par exemple, si un robot prend une vis par sa tête, celle-ci peut présenter un angle aléatoire. Une tentative ultérieure d’insertion de la vis dans un trou pourrait facilement échouer. Ces scénarios et des scénarios similaires peuvent être améliorés avec des ‘introductions’, par exemple en rendant l’entrée du trou effilée. qui correspondent à la pince à l’objet saisi. Par exemple, si un robot prend une vis par sa tête, celle-ci peut présenter un angle aléatoire. Une tentative ultérieure d’insertion de la vis dans un trou pourrait facilement échouer. Ces scénarios et des scénarios similaires peuvent être améliorés avec des ‘introductions’, par exemple en rendant l’entrée du trou effilée.

Contrôle du mouvement – pour certaines applications, telles que le simple assemblage pick-and-place, le robot doit simplement revenir de manière répétée à un nombre limité de positions pré-enseignées. Pour les applications plus sophistiquées, telles que le soudage et la finition (peinture au pistolet), le mouvement doit être contrôlé en permanence pour suivre une trajectoire dans l’espace, avec une orientation et une vitesse contrôlées.
Source d’alimentation – certains robots utilisent des moteurs électriques, d’autres des actionneurs hydrauliques. Les premiers sont plus rapides, les derniers sont plus solides et avantageux dans des applications telles que la peinture au pistolet, où une étincelle pourrait déclencher une explosion; Cependant, une faible pression interne du bras dans l’air peut empêcher l’entrée de vapeurs inflammables ainsi que d’autres contaminants.
Drive – certains robots connectent des moteurs électriques aux articulations via des engrenages; d’autres relient directement le moteur à l’articulation (entraînement direct). L’utilisation d’engrenages entraîne un «jeu» mesurable qui consiste en un mouvement libre dans un axe. Les plus petits bras de robot utilisent fréquemment des moteurs à courant continu à grande vitesse et à faible couple, qui nécessitent généralement des rapports de transmission élevés; cela a l’inconvénient de contrecoup. Dans de tels cas, le moteur harmonique est souvent utilisé.
Conformité – Il s’agit d’une mesure de l’angle ou de la distance qu’un axe de robot déplacera lorsqu’une force lui est appliquée. En raison de la conformité, lorsqu’un robot se place dans une position supportant sa charge utile maximale, il se trouve dans une position légèrement inférieure à celle où il ne transporte aucune charge utile. La conformité peut également être responsable du dépassement lors du transport de charges utiles élevées, auquel cas il faudrait réduire l’accélération.

Structure
La structure d’un robot industriel (IR) comprend:

Contrôle: il surveille et dicte le mouvement et les actions de l’IR. Cela nécessite une programmation.
Entraînements: L’entraînement déplace les maillons de la chaîne cinématique et comprend le moteur, la boîte de vitesses et la commande. L’entraînement peut être électrique, hydraulique ou pneumatique.
capteur interne: il fournit des informations sur la position de la chaîne cinématique. Il est utilisé par le contrôleur pour comparer le point de consigne et la position réelle. Les capteurs internes peuvent être, par exemple, des codeurs incrémentaux, des modèles d’interférence ou des fonctions de barrière photoélectrique.
Cinématique: représente la réalisation physique de la structure porteuse et crée l’association spatiale entre l’outil / la pièce et l’installation de production. Il se compose d’axes de rotation et de translation. En règle générale, il faut au moins 3 degrés de liberté pour atteindre chaque point de l’espace. Cela nécessite au moins 3 axes de mouvement.
Systèmes de préhension: Un système de préhension établit la connexion entre la pièce et l’infrarouge. Cela peut être fait par un couplage forcé, un couplage de forme ou un couplage de tissu.
Capteur externe: Il donne la rétroaction IR sur l’environnement. Il permet ainsi une réaction flexible aux changements imprévus. Les capteurs externes peuvent être, par exemple, des systèmes de traitement d’image (par exemple, des systèmes à découpage laser), des capteurs de triangulation, des fonctions de barrière lumineuse et des capteurs à ultrasons.
systèmes de changement rapide d’outils en option: ils permettent un changement d’outil commandé par programme z. Comme soudage, coupage, assemblage, palettisation, collage. Les systèmes de changement rapide généralement modulaires se composent d’au moins un côté robot, de plusieurs côtés d’outils et d’un nombre correspondant de plateaux d’outils. Selon le domaine d’utilisation, les changeurs d’outils peuvent être équipés de couplages de supports (eau, hydraulique, air), de fiches de signaux électriques (câbles à fibres optiques, bus de données) et de fiches d’alimentation électrique.

Manipulateur
Le manipulateur ou bras robotisé est une machine de manutention multifonctionnelle consistant en une série de liaisons rigides reliées les unes aux autres par des articulations articulées ou coulissantes, les articulations étant réglables par des commandes contrôlées. Une extrémité de cette « chaîne de liaison » est la base, tandis que l’autre extrémité est librement déplaçable et équipée d’un outil ou d’une pince pour effectuer des travaux de production.

Programmation robotique et interfaces
L’installation ou la programmation de mouvements et de séquences pour un robot industriel est généralement enseignée en reliant le contrôleur du robot à un ordinateur portable, à un ordinateur de bureau ou à un réseau (interne ou Internet).

Un robot et une collection de machines ou de périphériques sont appelés cellules de travail. Une cellule typique peut contenir un chargeur de pièces, une machine à mouler et un robot. Les différentes machines sont «intégrées» et contrôlées par un seul ordinateur ou un seul automate. La façon dont le robot interagit avec les autres machines de la cellule doit être programmée, à la fois en ce qui concerne leurs positions dans la cellule et en synchronisation avec elles.

Logiciel: l’ordinateur est installé avec le logiciel d’interface correspondant. L’utilisation d’un ordinateur simplifie grandement le processus de programmation. Un logiciel de robot spécialisé est exécuté soit dans le contrôleur du robot, soit dans l’ordinateur, ou les deux, en fonction de la conception du système.

Deux entités de base doivent être enseignées (ou programmées): les données de position et la procédure. Par exemple, dans une tâche consistant à déplacer une vis d’un chargeur dans un trou, les positions du chargeur et du trou doivent d’abord être apprises ou programmées. Deuxièmement, la procédure pour faire passer la vis du chargeur dans le trou doit être programmée avec toute entrée / sortie impliquée, par exemple un signal pour indiquer que la vis est dans le chargeur prête à être retirée. Le logiciel de robot a pour but de faciliter ces deux tâches de programmation.

L’enseignement des positions du robot peut être réalisé de différentes manières:

Commandes de position Le robot peut être dirigé vers la position requise à l’aide d’une interface graphique ou de commandes textuelles dans lesquelles la position XYZ requise peut être spécifiée et modifiée.

Pendant d’apprentissage: les positions de robot peuvent être apprises via un pendant d’apprentissage. Ceci est une unité de commande et de programmation portable. Les caractéristiques communes de ces unités sont la possibilité d’envoyer manuellement le robot à une position souhaitée, ou « pouce » ou « jogging » pour ajuster une position. Ils ont également un moyen de changer de vitesse car une vitesse lente est généralement requise pour un positionnement prudent ou lors de l’exécution de tests dans une routine nouvelle ou modifiée. Un gros bouton d’arrêt d’urgence est également inclus. Généralement, une fois que le robot a été programmé, le pendant d’apprentissage n’est plus utilisé.

Plomb par le nez: il s’agit d’une technique proposée par de nombreux fabricants de robots. Dans cette méthode, un utilisateur tient le manipulateur du robot, tandis qu’une autre personne entre une commande qui désactive le robot, ce qui le fait basculer. L’utilisateur déplace ensuite le robot manuellement vers les positions requises et / ou le long d’un chemin requis pendant que le logiciel enregistre ces positions en mémoire. Le programme peut ensuite faire fonctionner le robot dans ces positions ou le long du chemin appris. Cette technique est populaire pour des tâches telles que la pulvérisation de peinture.

La programmation hors ligne est l’endroit où la cellule entière, le robot et toutes les machines ou tous les instruments de l’espace de travail sont mappés graphiquement. Le robot peut ensuite être déplacé à l’écran et le processus simulé. Un simulateur de robotique est utilisé pour créer des applications intégrées pour un robot, sans dépendre du fonctionnement physique du bras du robot et de l’effecteur final. La simulation robotique a pour avantage de faire gagner du temps dans la conception d’applications de robotique. Il peut également augmenter le niveau de sécurité associé aux équipements robotiques, car différents scénarios de simulation peuvent être essayés et testés avant l’activation du système. Le logiciel de simulation de robot fournit une plate-forme pour enseigner, tester, exécuter et déboguer des programmes écrits dans divers langages de programmation.

Les outils de simulation de robot permettent d’écrire et de déboguer des programmes robotiques hors ligne de manière pratique, avec la version finale du programme testée sur un robot réel. La possibilité de prévisualiser le comportement d’un système robotique dans un monde virtuel permet de tester et de tester divers mécanismes, dispositifs, configurations et contrôleurs avant de les appliquer à un système « réel ». Les simulateurs robotiques ont la capacité de fournir un calcul en temps réel du mouvement simulé d’un robot industriel en utilisant à la fois la modélisation géométrique et la modélisation cinématique.

Autres De plus, les opérateurs de machines utilisent souvent des périphériques d’interface utilisateur, généralement des écrans tactiles, qui servent de panneau de commande. L’opérateur peut passer d’un programme à l’autre, effectuer des réglages dans un programme et faire fonctionner une multitude de périphériques qui peuvent être intégrés dans le même système robotique. Ceux-ci comprennent des effecteurs terminaux, des alimentateurs fournissant des composants au robot, des courroies de convoyage, des commandes d’arrêt d’urgence, des systèmes de vision artificielle, des systèmes de verrouillage de sécurité, des imprimantes de codes à barres et un nombre presque infini d’autres appareils industriels accessibles et contrôlés via le panneau de commande de l’opérateur. .

Le pupitre d’apprentissage ou le PC est généralement déconnecté après la programmation et le robot s’exécute ensuite sur le programme installé dans son contrôleur. Cependant, un ordinateur est souvent utilisé pour «superviser» le robot et ses périphériques, ou pour fournir un stockage supplémentaire permettant d’accéder à de nombreux chemins et routines complexes.

Outillage en bout de bras
Le périphérique le plus essentiel du robot est l’effecteur terminal, ou out-of-arm-tooling (EOT). Parmi les exemples d’effecteurs terminaux figurent les dispositifs de soudage (tels que pistolets de soudage MIG, soudeuses par points, etc.), les pistolets pulvérisateurs ainsi que les dispositifs de meulage et d’ébavurage (tels que les meuleuses pneumatiques à disque ou à courroie, les fraises, etc.) et les pinces ( dispositifs pouvant saisir un objet, généralement électromécanique ou pneumatique). Un autre moyen courant de ramasser des objets est le vide ou des aimants. Les effecteurs terminaux sont souvent très complexes, conçus pour s’adapter au produit manipulé et sont souvent capables de sélectionner une gamme de produits à la fois. Ils peuvent utiliser divers capteurs pour aider le système de robot à localiser, manipuler et positionner des produits.

Contrôler le mouvement
Pour un robot donné, les seuls paramètres nécessaires pour localiser complètement l’effecteur final (pince, torche à souder, etc.) du robot sont les angles de chacune des articulations ou les déplacements des axes linéaires (ou des combinaisons des deux pour les formats de robot tels que comme SCARA). Cependant, il existe de nombreuses façons différentes de définir les points. Le moyen le plus courant et le plus pratique de définir un point consiste à spécifier une coordonnée cartésienne, c’est-à-dire la position de «l’effecteur final» en mm dans les directions X, Y et Z par rapport à l’origine du robot. De plus, en fonction des types de joints qu’un robot peut avoir, l’orientation de l’effecteur terminal en lacet, tangage et roulis, ainsi que l’emplacement de la pointe de l’outil par rapport à la face avant du robot doivent également être spécifiés. Pour un bras articulé, ces coordonnées doivent être converties en angles d’articulation par le contrôleur du robot. De telles conversions sont appelées transformations cartésiennes et peuvent nécessiter une exécution itérative ou récursive pour un robot à plusieurs axes. La mathématique de la relation entre les angles des articulations et les coordonnées spatiales réelles est appelée cinématique. Voir le contrôle du robot

Le positionnement par coordonnées cartésiennes peut être effectué en entrant les coordonnées dans le système ou en utilisant un pendant d’apprentissage qui déplace le robot dans les directions XYZ. Il est beaucoup plus facile pour un opérateur humain de visualiser les mouvements vers le haut, le bas, la gauche / la droite, etc., que de déplacer chaque articulation une à la fois. Lorsque la position souhaitée est atteinte, elle est ensuite définie d’une manière particulière pour le logiciel du robot utilisé, par exemple P1 – P5 ci-dessous.

Programmation typique
La plupart des robots articulés exécutent leurs tâches en stockant une série de positions en mémoire et se déplacent vers elles à différents moments de la séquence de programmation. Par exemple, un robot qui déplace des éléments d’un endroit à un autre peut avoir un programme simple «choisir et placer» semblable au suivant:

Définir les points P1 – P5:

En toute sécurité au dessus de la pièce (définie comme P1)
10 cm au-dessus de la corbeille A (définie comme P2)
En position de participer à partir de la corbeille A (définie comme P3)
10 cm au-dessus du bac B (défini comme P4)
En position de participer à partir du bac B. (défini comme P5)

Définir le programme:

Déplacer vers P1
Déplacer vers P2
Déplacer vers P3
Fermer la pince
Déplacer vers P2
Déplacer vers P4
Déplacer vers P5
Préhenseur ouvert
Déplacer vers P4
Déplacer vers P1 et terminer

Pour des exemples d’apparence dans les langages de robot courants, voir Programmation de robot industriel.

Singularités
La norme nationale américaine pour les robots industriels et les systèmes de robots – Exigences de sécurité (ANSI / RIA R15.06-1999) définit une singularité comme «une condition provoquée par l’alignement colinéaire de deux ou plusieurs axes de robot entraînant un mouvement et des vitesses de robot imprévisibles». Il est plus courant dans les bras de robot qui utilisent un «poignet à triple rouleau». Il s’agit d’un poignet autour duquel les trois axes du poignet, contrôlant le lacet, le tangage et le roulis, passent tous par un point commun. Un exemple de singularité de poignet est lorsque le chemin parcouru par le robot entraîne l’alignement des premier et troisième axes du poignet du robot (c’est-à-dire les axes 4 et 6 du robot). Le deuxième axe du poignet tente alors de tourner à 180 ° en temps zéro pour maintenir l’orientation de l’effecteur terminal. Un autre terme courant pour désigner cette singularité est un «retournement de poignet». Le résultat d’une singularité peut être assez dramatique et avoir des effets néfastes sur le bras du robot, l’effecteur final et le processus. Certains fabricants de robots industriels ont tenté de contourner la situation en modifiant légèrement la trajectoire du robot afin d’éviter ce problème. Une autre méthode consiste à ralentir la vitesse de déplacement du robot, réduisant ainsi la vitesse nécessaire au poignet pour effectuer la transition. Selon la norme ANSI / RIA, les fabricants de robots doivent informer l’utilisateur des singularités si celles-ci surviennent lors de la manipulation manuelle du système. réduisant ainsi la vitesse requise par le poignet pour effectuer la transition. Selon la norme ANSI / RIA, les fabricants de robots doivent informer l’utilisateur des singularités si celles-ci surviennent lors de la manipulation manuelle du système. réduisant ainsi la vitesse requise par le poignet pour effectuer la transition. Selon la norme ANSI / RIA, les fabricants de robots doivent informer l’utilisateur des singularités si celles-ci surviennent lors de la manipulation manuelle du système.

Un deuxième type de singularité dans les robots à six axes articulés verticalement au poignet se produit lorsque le centre du poignet repose sur un cylindre centré autour de l’axe 1 et dont le rayon est égal à la distance entre les axes 1 et 4. C’est ce qu’on appelle une singularité d’épaule. Certains fabricants de robots mentionnent également des singularités d’alignement, dans lesquelles les axes 1 et 6 coïncident. C’est simplement un sous-cas de singularités d’épaule. Lorsque le robot passe à proximité d’une singularité d’épaule, le joint 1 tourne très vite.

Le troisième et dernier type de singularité dans les robots à six axes articulés verticalement au poignet se produit lorsque le centre du poignet est dans le même plan que les axes 2 et 3.

Les singularités sont étroitement liées au phénomène de blocage de la nacelle, qui a la même cause fondamentale de l’alignement des axes.

Une vidéo illustrant ces trois types de configurations singulières est disponible ici.

Santé et sécurité
La Fédération internationale de robotique a prédit une augmentation mondiale du nombre de robots industriels et a estimé à 1,7 million le nombre de nouvelles installations de robots installées dans des usines dans le monde d’ici 2020 [IFR 2017]. Les progrès rapides des technologies d’automatisation (par exemple, les robots fixes, les robots collaboratifs et mobiles et les exosquelettes) peuvent potentiellement améliorer les conditions de travail, mais aussi introduire des risques sur le lieu de travail sur les lieux de fabrication. Malgré le manque de données de surveillance professionnelle sur les blessures liées spécifiquement aux robots, des chercheurs de l’Institut national américain pour la sécurité et la santé au travail (NIOSH) ont identifié 61 décès liés à un robot entre 1992 et 2015, en utilisant des recherches par mot-clé du Bureau of Labor Statistics (BLS) Base de données de recherche du Recensement des accidents de travail mortels (voir les informations du Centre de recherche en robotique professionnelle). À l’aide de données du Bureau of Labor Statistics, le NIOSH et ses États partenaires ont enquêté sur quatre décès liés à des robots dans le cadre du programme d’évaluation de la mortalité et du contrôle d’évaluation. En outre, l’administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) a enquêté sur des dizaines de décès et de blessures liés à des robots, qui peuvent être consultés sur la page de recherche des accidents de l’OSHA. Les blessures et les décès pourraient augmenter avec le temps en raison du nombre croissant de robots collaboratifs et coexistants, d’exosquelettes motorisés et de véhicules autonomes dans l’environnement de travail. En outre, l’administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) a enquêté sur des dizaines de décès et de blessures liés à des robots, qui peuvent être consultés sur la page de recherche des accidents de l’OSHA. Les blessures et les décès pourraient augmenter avec le temps en raison du nombre croissant de robots collaboratifs et coexistants, d’exosquelettes motorisés et de véhicules autonomes dans l’environnement de travail. En outre, l’administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) a enquêté sur des dizaines de décès et de blessures liés à des robots, qui peuvent être consultés sur la page de recherche des accidents de l’OSHA. Les blessures et les décès pourraient augmenter avec le temps en raison du nombre croissant de robots collaboratifs et coexistants, d’exosquelettes motorisés et de véhicules autonomes dans l’environnement de travail.

Les normes de sécurité sont en cours d’élaboration par la Robotic Industries Association (RIA) en collaboration avec l’ANSI (American National Standards Institute). Le 5 octobre 2017, OSHA, NIOSH et RIA ont signé une alliance pour renforcer leurs compétences techniques, identifier et gérer les risques liés aux robots industriels traditionnels et à la technologie émergente d’installations et de systèmes de collaboration homme-robot. recherches nécessaires pour réduire les risques sur le lieu de travail. Le 16 octobre, le NIOSH a lancé le Centre de recherche sur la robotique professionnelle afin de « fournir un leadership scientifique pour guider le développement et l’utilisation de robots professionnels améliorant la sécurité, la santé et le bien-être des travailleurs ». Jusqu’ici, les besoins en recherche identifiés par le NIOSH et ses partenaires incluent: le suivi et la prévention des blessures et des décès,

La première mesure de protection consiste donc généralement à séparer l’espace de mouvement des robots humains et industriels par une grille de protection munie de barrières de sécurité sécurisées ou de cellules photoélectriques. L’ouverture de la porte de protection ou l’interruption de la barrière photoélectrique provoque l’arrêt immédiat du robot. Dans les modes de fonctionnement spéciaux, où l’homme doit pénétrer dans la zone de danger du robot (par exemple, pendant l’apprentissage), un bouton d’activation doit être activé pour autoriser explicitement les mouvements du robot. Dans le même temps, les vitesses du robot doivent être limitées à un niveau de sécurité.

Les développements récents (robots assistants) indiquent dans la direction que le robot détecte à l’aide de capteurs l’approche d’un corps étranger ou d’une personne dans le temps et ralentit son mouvement, s’arrête ou même se retourne automatiquement. Ainsi, à l’avenir, une coopération avec le robot dans son voisinage immédiat est possible.

Tous les circuits de commande de sécurité personnelle sont généralement redondants et surveillés de sorte qu’une défaillance, telle qu’un court-circuit, n’entraîne pas une perte de sécurité.

Une analyse des risques permet de déterminer les dangers posés par le robot ou les équipements supplémentaires et de concevoir un dispositif de protection approprié. Tous les appareils connectés dans le circuit de sécurité doivent correspondre à la catégorie sélectionnée.

Structure de marché
Selon l’étude World Robotics 2018 de la Fédération internationale de robotique (IFR), il y avait environ 2 097 500 robots industriels opérationnels à la fin de 2017. Ce nombre est estimé à 3 788 000 à la fin de 2021. Pour 2017, l’IFR estime ventes de robots industriels avec 16,2 milliards USD. En tenant compte du coût des logiciels, des périphériques et de l’ingénierie des systèmes, le chiffre d’affaires annuel des systèmes de robot est estimé à 48,0 milliards USD en 2017.

La Chine est le plus grand marché de robots industriels avec 137 900 unités vendues en 2017. Le Japon possède le plus grand stock opérationnel de robots industriels, avec 286 554 fin 2015. Le plus gros client de robots industriels est l’industrie automobile avec 33% de part de marché, puis électrique / industrie électronique avec 32%, industrie des métaux et des machines avec 12%, industrie du caoutchouc et des plastiques avec 5%, industrie alimentaire avec 3%. Dans les industries du textile, du vêtement et du cuir, 1 580 unités sont opérationnelles.

Fabricant
Les fabricants renommés de robots industriels sont:

Allemagne:
Dürr AG
Robot KUKA
Reis Robotics (appartenant à KUKA AG depuis 2013)

Japon:
Motoman
Yaskawa Electric Corporation
Denso
Epson
Fanuc
Hirata
Kawasaki Heavy Industries
Mitsubishi Electric
Nihon Densan Sankyo
Panasonic

Suisse:
Güdel
Systèmes Sigpack (Bosch Packaging)
Stäubli
Robotique ABB

L’Autriche:
systèmes robotiques igm

ÉTATS UNIS:
Technologie Adepte

Presque tous les fabricants utilisent leurs propres commandes, qui diffèrent par leur programmation, leurs performances et la précision de trajectoire réalisable du robot. Les contrôles typiques sont IRC5, S4C + (ABB AG) et KRC3 (Kuka AG).

En outre, il existe de nombreuses sociétés de systèmes qui donnent vie aux robots industriels dans des systèmes individuels adaptés aux besoins des clients. Dans les productions à grande échelle, telles que la production automobile, seuls les robots d’un seul fabricant sont souvent utilisés. Cela réduit le nombre de pièces de rechange à conserver en stock. Cela élimine également le besoin de former les employés sur différents systèmes. Cependant, de plus en plus de constructeurs automobiles se tournent vers le fournisseur de robotique le moins cher pour attribuer le contrat, afin de réduire le nombre de robots robotisés unilatéraux et, partant, la dépendance des prix à un constructeur unique.

Des sociétés telles que VW, qui produisaient leur propre robotique, ont cessé cette activité avec une spécialisation croissante et s’adressent maintenant à leurs besoins en robots industriels.