Robotique industrielle

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Un robot industriel Kawasaki FS-03N, robot de soudage

La robotique industrielle est officiellement définie par l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO) comme étant un système commandé automatiquement, multi-applicatif, reprogrammable, polyvalent, manipulateur et programmable sur trois axes ou plus.

Les applications typiques incluent les robots de soudage, de peinture et d'assemblage. L'avantage de la robotique industrielle est sa rapidité d'exécution et sa précision ainsi que la répétition de cette précision dans le temps.

Cependant, une enquête menée par l'OCDE en 2018 démontre que la robotisation industrielle représente une perte d'emplois d'environ 14%, et une modification pour 32% de ceux-ci[1].

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

Définition[modifier | modifier le code]

Un robot industriel Motoman SDA10, robot d'assemblage

Un robot industriel est un système ayant plusieurs axes à l’image d’un bras humain souvent composé de six degrés de liberté, trois axes destinés au positionnement et trois 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[a] 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[b] la capacité du robot à atteindre successivement la même position dans une tolérance définie, une procédure d'étalonnage 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[modifier | modifier le code]

Les ancêtres des robots sont les automates, au XVIIe 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 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[2].

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

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 Motors ne diffuse pas l'information, estimant qu'il s'agissait d'un procédé expérimental risquant de ne pas fonctionner[3]. Elle finit cependant par passer commande de 66 exemplaires[2].

En 1968, Unimation est le leader du marché mondial de la robotique[2].

En 1976, la première entreprise à adopter ses produits en France est Renault en 1976[2].

En 1983, La société Westinghouse (à l’origine des premiers robots humanoïdes) rachète Unimation Inc. avant de la revendre à Stäubli trois ans plus tard[2].

La robotique industrielle dans le monde[modifier | modifier le code]

Selon le ministère de l'industrie français, on peut estimer le nombre total de robots industriels dans le monde à au moins 1,15 million en 2010, et on en prévoit 3.58 million en 2017. 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[4].

Selon la Fédération internationale de robotique, la Chine est le premier marché pour les robots industriels, avec 141.000 unités vendues en 2017, soit un bond annuel de 58,1 % et un tiers de la demande planétaire[5].

Domaines d'utilisation[modifier | modifier le code]

  • Les robots industriels ont d'abord été développés pour intervenir dans les milieux à risques (nucléaire, à forte corrosion...) puis dans l'automobile avec le robot Unimate, le premier robot industriel de la société américaine Unimation, au début des années 1960.
  • Ils servent aussi beaucoup dans le maniement d'objets lourds.
  • Le petit assemblage de précision sur des petites séries.

Types de robots industriels[modifier | modifier le code]

Des robots articulés 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 un facteur important dans la robotique industrielle.

Robots articulés[modifier | modifier le code]

Les robots articulés[6] sont les robots industriels les plus courants.[7] Ils ressemblent à un bras humain, c'est pourquoi on les appelle aussi bras robotisé ou bras manipulateur. Leurs articulations à plusieurs degrés de liberté offre aux bras articulé une grande variété de mouvements.[6]

Robots cartésiens[modifier | modifier le code]

Robot cartésien 5 axes pour la plasturgie

On appelle robot cartésien [6] 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[8].

Robots cylindriques[modifier | modifier le code]

Les robots cylindriques [6] se différencie par leur joint rotatif à la base et au moins un joint prismatique reliant les membres.[7] Ils peuvent se déplacer verticalement et horizontalement en coulissant. La conception compacte de l'effecteur permet au robot d'atteindre des espaces de travail étroits sans aucune perte de vitesse.[7]

Robots delta[modifier | modifier le code]

Les robots Delta [6] sont également appelés robots à liaison parallèle. [7] Ils se composent de maillons parallèles connectées à une base commune. Les robots Delta sont particulièrement utiles pour les tâches de contrôle direct et les opérations de manœuvre élevées (telles que les tâches rapides de prises et déposes). Les robots Delta tirent profit des systèmes de liaison à quatre barres ou parallélogramme.

Robots polaires[modifier | modifier le code]

On appelle robot polaire [6] 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 : 2 pour le déplacement, 1 pour l'orientation. [9]

Robots SCARA[modifier | modifier le code]

SCARA[6] est un acronyme pour Selective Compliance Assembly Robot Arm (bras robotisé d'assemblage de conformité sélective). [10] On reconnaît les robots SCARA à leurs deux articulations parallèles qui fournissent un mouvement dans le plan X-Y. [6] Des arbres rotatifs sont positionnés verticalement et l'effecteur terminal se déplace horizontalement.

On utilise les robots SCARA pour les travaux qui nécessitent des mouvements latéraux précis, et ils sont parfaits pour les applications d'assemblage. [7]

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

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.

Programmation[modifier | modifier le code]

Programmation des mouvements d'un robot sur un ordinateur

Les mouvements d'un robot industriel sont programmés à travers deux grandes méthodes.

La méthode par apprentissage est la première historiquement apparue. Elle consiste à créer les trajectoires en faisant mémoriser au robot des points correspondant à des coordonnées cartésiennes et qui détermineront sa position. Celle-ci s'effectue directement sur le robot en utilisant le boitier de contrôle.

La seconde méthode, plus récente, est la programmation hors-ligne. Sur un ordinateur de travail dédié, l'opérateur pourra programmer la prochaine tâche via un logiciel de programmation hors-ligne en important un modèle CAO grâce auquel il pourra générer les mouvements. Il pourra par la suite visualiser le résultat de sa programmation grâce à un simulateur intégré qui est une représentation virtuelle de l'environnement de travail du robot avec toutes ses composantes.

  • 1. Déplacer vers P1
  • 2. Déplacer vers P2
  • 3. Déplacer vers P3
  • 4. Fermer la pince
  • 5. Déplacer vers P2
  • 6. Déplacer vers P4
  • 7. Déplacer vers P5
  • 8. Ouvrir la pince
  • 9. Déplacer vers P4
  • 10. Déplacer vers P1 et finition

Constructeurs[modifier | modifier le code]


Liste de robots industriels[modifier | modifier le code]

Robots industriels[modifier | modifier le code]

  • Air-Cobot , robot mobile collaboratif conçu pour effectuer l'inspection de l'extérieur d'un avion[11],[12] .
  • Adept Quattro, robot doté de quatre bras
  • FANUC Robotique est un leader de l'industrie [13]
  • KUKA FAMULUS, le premier robot à 6 axes entraînés de façon électromécanique (1973)
  • Lemur, robot industriel à 6 pattes
  • MIP robotics Junior 300 : bras robotisé collaboratif à quatre axes nouvelle génération
  • Motoman SDA10, un robot qui fait la cuisine
  • Robot Delta, robot ayant un bras de manipulation formé de trois parallélogrammes
  • 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.
  • Stäubli, Gamme de robots industriels
  • Unimate, le 1er robot industriel
  • Universal Robots , créateur des premiers robots collaboratifs, conçus pour travailler aux côtés des opérateurs

Robots de traite (agriculture)[modifier | modifier le code]

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 Lely Astronaut
  • 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.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Du nom de leurs concepteurs Latombe-Mazer
  2. Certains auteurs parlent aussi de répétabilité

Références[modifier | modifier le code]

  1. OCDE, « Les risques d'automatisation des emplois varient considérablement suivant les régions à l'intérieur des pays », sur ocde.org, (consulté le 12 octobre 2020)
  2. a b c d et e L'usine nouvelle, 30 juillet 2014
  3. Canal blog, février 2012
  4. World Robotics 2012 – Industrial Robots. Executive Summary, p. 8-18. IFR Press Conference, Taipei, 30 Aug. 2012, 14 pp.
  5. BFMTV, « En Chine, les robots prêts à remplacer les humains pour révolutionner l'économie », sur BFMTV (consulté le 20 août 2018)
  6. a b c d e f g et h « OSHA Technical Manual (OTM) | Section IV: Chapter 4 - Industrial Robots and Robot System Safety | Occupational Safety and Health Administration », sur www.osha.gov (consulté le 14 novembre 2020)
  7. a b c d et e (en-CA) Guarana-DIY, « The Top Six Types of Industrial Robots in 2020 », sur DIY-Robotics, (consulté le 14 novembre 2020)
  8. « La robotique industrielle : guide pratique », sur www.usinenouvelle.com (consulté le 12 octobre 2020)
  9. « La robotique industrielle : guide pratique », sur www.usinenouvelle.com (consulté le 12 octobre 2020)
  10. « Comment savoir si le robot SCARA est le bon choix pour votre application », sur www.fanuc.eu (consulté le 14 novembre 2020)
  11. « Air-Cobot : un nouveau mode d'inspection visuelle des avions », sur competitivite.gouv.fr, Les pôles de compétitivité (consulté le 29 mai 2016)
  12. « Le projet Air-Cobot suit son cours », Air et Cosmos,‎ (lire en ligne, consulté le 29 mai 2016)
  13. « Fanuc Robotics - The Industry Leader », sur RobotWorx (consulté le 14 novembre 2020)

Annexes[modifier | modifier le code]

Sur les autres projets Wikimedia :

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]