Les robots industriels fonctionnent généralement comme des machines autonomes complètes. Plus récemment, il y a eu beaucoup d’articles au sujet des cobots, c’est-à-dire des robots optimisés pour la collaboration avec les humains. L’utilisation de robots en combinaison avec des machines de production et d’emballage est tout aussi intéressante. Il n’y a pas de voie royale, mais trois façons complètement différentes de greffer un bras robotisé à une machine. Les constructeurs de machines et les sociétés d’automatisation peuvent ainsi créer un véritable bijou d’efficacité pour une application adaptée.
La production de produits de plus en plus complexes dans des lots de plus en plus petits et très économiques pose d’énormes défis aux fabricants, et donc aux constructeurs de machines et d’installations ainsi qu’aux sociétés d’automatisation. Les installations de production doivent s’adapter automatiquement au changement de produit. Pour ce faire, elles doivent être à la fois plus productives et plus flexibles. Cependant, dans la construction de machines et d’installations de production, la productivité et la flexibilité maximales ont été pendant longtemps considérées comme incompatibles.
Les robots industriels sont l’un des moyens de résoudre ce conflit d’objectifs. Depuis le lancement du premier robot à bras articulé à six axes à entraînement électrique, il y a presque 50 ans, les robots ont pris en charge les travaux trop dangereux, trop complexes, trop difficiles, trop sales ou trop monotones pour les humains. Depuis lors, même des chaînes de production complexes peuvent être automatisées entièrement et avec un haut degré de flexibilité en installant des robots avant, entre et après chaque machine.
Flexibilité des robots dans les machines
Cependant, jusqu’à présent, les robots travaillent généralement dans leurs propres postes, les cellules robotiques clôturées. Ils y restent seuls ou entre eux. Cependant, il existe également des tâches dans et autour des machines de production ou d’emballage, pour lesquelles les robots sont la solution idéale, en raison de leur puissance, de leur répétabilité et de leur cinématique très flexible.
Il est donc naturellement tentant d’utiliser les avantages de la robotique également au sein de machines individuelles. L’avantage est évident : les robots s’adaptent beaucoup mieux que les dispositifs déjà en place, qui sont pour la plupart spécialement conçus pour une seule utilisation précise.
Tremplin pour l’industrie 4.0
Intégrés dans les machines, les robots peuvent prendre en charge les étapes d’usinage telles que le serrage, le desserrage et le resserrage de pièces entre les différentes étapes d’usinage. Ils peuvent également alimenter et positionner des pièces dans des installations d’emballage ou d’assemblage, ainsi que les désempiler et les palettiser. Autre pratique courante : dans l’industrie du plastique, cela fait déjà un certain temps que des robots fournissent les pièces pour le moulage par injection ou démoulent les pièces moulées finies.
Les robots plus flexibles s’adaptent non seulement plus facilement aux besoins de production de différentes variantes de produits, mais peuvent également prendre en charge des fonctions qu’il était partiellement, voire complètement impossible de réaliser par d’autres moyens. Cela comprend l’ajustement entièrement automatique de la configuration de la machine, y compris l’outillage, en vue d’un changement de lot ou de pièce nécessaire pour atteindre une production basée sur les principes de l’industrie 4.0.
Obstacles à l’intégration des robots
Alors que les robots font partie du quotidien dans les grandes chaînes de production de l’industrie automobile depuis des décennies, ils sont rarement utilisés jusqu’à présent comme composants de machines. Et ce, pour des raisons très compréhensibles. Les robots industriels sont conçus comme des systèmes totalement autonomes. Chacun dispose donc de sa propre commande, souvent même dans sa propre armoire de commande.
La communication entre une commande de la machine et la commande du robot se fait généralement via des interfaces souvent câblées. Cela limite les possibilités de synchronisation des séquences de mouvements, si bien qu’il est difficile d’atteindre les temps de cycle attendus des machines de production modernes.
L’intégration d’un robot dans des machines est également fastidieuse à d’autres égards. L’ingénierie, le diagnostic et la maintenance s’exécutent sur des systèmes propres, généralement de marque déposée. Ils sont principalement réalisés à l’aide de langages de programmation distincts, si bien que la programmation robotique nécessite des connaissances spéciales. En outre, il est difficile d’intégrer les programmes robotisés dans le reste de l’automatisation des machines. Pour toutes ces raisons, de nombreux constructeurs de machines ont été refroidis par la robotique.
Intégration plus approfondie
Des possibilités d’intégration directe de la cinématique du robot existent et sont disponibles. Cependant, certains fabricants de robots rechignent encore à vendre leurs produits autrement que sous forme de machines complètes. Il existe également plusieurs façons de procéder.
Qu’il s’agisse de robots à bras articulé à six axes, de robots SCARA ou de robots Delta, les moteurs et les réducteurs des robots industriels sont généralement très finement ajustés à leurs axes de mouvement mécaniques. Il en va de même pour leur interaction avec les variateurs ou les commandes d’entraînement. Dans certains cas, il s’agit également de développements spéciaux réalisés par les fabricants de robots eux-mêmes.
L’intégration de la cinématique du robot en tant qu’unité mécatronique, c’est-à-dire avec le servo-amplificateur ou le variateur, promet des résultats rapides et sans problèmes de compatibilité côté robot. Un constructeur de machines ou une société d’automatisation peut se concentrer sur la commande séquentielle sans avoir à se soucier du contrôle de la trajectoire des axes.
Cela est toujours avantageux lorsque la commande de la machine prend bien en charge l’intégration des composants d’entraînement du robot, mais n’a pas de fonction propre pour contrôler le mouvement du robot. La suppression de la commande du robot distincte et de son armoire électrique propre, souvent nécessaire à cet effet, permet d’augmenter considérablement la rentabilité de la machine complète.
L’intégration complète augmente la productivité
Cette unification du matériel ne présente pas seulement des avantages pour l’utilisateur de la machine en matière de fonctionnement et d’entretien. Elle permet également de regrouper tous les éléments de la technique de commande (la commande de déroulement, de mouvement et de sécurité) en un ensemble homogène et fermé.
L’avantage le plus évident est dans le domaine de la programmation. Tant que la commande de la machine dispose de fonctions adéquates de planification des trajectoires, il n’y a fondamentalement aucune différence pour le développeur du logiciel de la machine entre le déploiement d’un seul axe et celui d’un robot dans une machine.
Tous les aspects, tous les modules du logiciel de la machine, peuvent être intégrés dans une usine logicielle complète. Il est donc possible de simuler la machine complète et de tester l’interaction de tous les systèmes du jumeau numérique avant même d’investir dans la construction de prototypes coûteux.
Cette intégration approfondie facilite également la synchronisation exacte entre les mouvements de la machine et du robot. Grâce à la réaction ultrarapide (de l’ordre de la microseconde) aux signaux des capteurs, le robot peut saisir ou déposer des pièces en mouvement, sans ralentir ni arrêter le processus. Le changement de méthode de manipulation des pièces qui en résulte peut augmenter considérablement la productivité et la flexibilité d’une machine.
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