Les robots ont été introduits sur les lieux de travail industriels pour aider à améliorer la productivité et l'efficacité. Avec le passage de l'Industrie 4.0 vers l'Industrie 5.0, les industriels ont tiré parti de l'intelligence artificielle (IA) et d'autres technologies de pointe pour améliorer leur compétitivité en misant sur une approche centrée sur l'humain et sur la durabilité. Cette amélioration des interactions homme-robot a entraîné une hausse significative de l'adoption des robots mobiles autonomes (AMR), car les entreprises cherchent à améliorer leur efficacité et leur qualité.
Contrairement à la génération précédente de robots, qui étaient séparés du personnel humain, ces robots modernes doivent être conçus pour coopérer en toute sécurité et prévenir les dommages physiques. Une nouvelle génération de robots est en train de transformer un large éventail de secteurs, notamment l'industrie manufacturière, le commerce électronique, les soins de santé et les transports, où la pression concurrentielle exige de l'efficacité sans compromettre la qualité et la sécurité. Ces robots flexibles et personnalisables sont conçus pour travailler aux côtés de l'homme et exécuter des tâches répétitives exigeant de la précision, ce qui permet aux opérateurs de se concentrer sur des activités à plus forte valeur ajoutée.
Travailler côte à côte avec les opérateurs humains
Les robots mobiles autonomes requièrent des systèmes matériel et logiciel complexes pour travailler côte à côte avec les opérateurs humains dans des installations de fabrication ou d'entreposage modernes. Comme les robots peuvent générer des forces importantes et se déplacer plus rapidement, ils peuvent présenter certains risques, comme celui de blesser des collègues humains en cas de collision involontaire. Ces risques doivent être gérés avec soin, tant au niveau de la mise en place des processus opérationnels concernés qu'au niveau de la conception des robots eux-mêmes.
Theo Kersjes, directeur ingénierie système chez Onsemi, souligne les aspects critiques de la conception des robots mobiles autonomes (AMR) qui peuvent coexister efficacement et en toute sécurité avec les humains. Il évoque la façon dont les solutions avancées d'Onsemi servent de blocs de construction essentiels pour les sous-systèmes AMR, offrant aux concepteurs une boîte à outils pour améliorer la productivité sans compromettre la sécurité.
L'essor de l'automatisation aux côtés de l'homme
L'adoption des robots par l'industrie a commencé sérieusement au cours des années 1960 et on estime à 3,4 millions le nombre de robots industriels utilisés aujourd'hui. Au cours des vingt dernières années, les progrès des technologies numériques ont conduit à l'émergence de robots collaboratifs et mobiles capables d’évoluer dans des environnements complexes et de travailler en équipe pour accomplir des tâches.
Au passage de l'Industrie 4.0 vers l'Industrie 5.0 de l’automatisation industrielle, les niveaux d'interaction homme-machine stimuleront davantage la demande d'AMR, le marché devant tripler sa valeur de 1,02 milliard de dollars en 2022 d'ici 2030, pour atteindre 3,13 milliards de dollars.
Les AMR sont rentables, faciles à déployer et peuvent travailler aux côtés d'opérateurs humains pour obtenir de meilleurs résultats que ceux qu'ils pourraient obtenir seuls. La vitesse, la précision et la cohérence par exemple rendent les robots collaboratifs idéaux pour les tâches répétitives telles que le soudage et le travail à la chaîne, libérant ainsi les ouvriers pour qu'ils se concentrent sur des tâches plus complexes, exigeant des compétences cognitives plus élevées.
Alors que les robots fixes traditionnels pouvaient être physiquement séparés des humains pour éviter les blessures, le concept d'espace de travail partagé pose de nouveaux défis. Les AMR doivent être capables de détecter une force inattendue et d'arrêter leurs mouvements très rapidement si besoin. Bien que les collisions avec les humains et les objets sur le lieu de travail soient inévitables, les robots doivent être capables de réduire l'impact pour éviter blessures et dommages. Les concepteurs de robots sont toutefois en mesure de tirer parti des progrès de la technologie de détection et des systèmes de vision pour relever ces défis en toute sécurité et combiner la puissance et la précision des robots avec la capacité créative des humains pour résoudre ces problèmes.
Les AMR utilisent de multiples capteurs, l'IA et des algorithmes avancés pour interagir avec leur environnement, prendre des décisions, détecter des obstacles et coopérer en toute sécurité avec les humains et d'autres machines.
La conception typique d'un système AMR comprend les principaux sous-systèmes : contrôle des mouvements, détection, éclairage, alimentation et mise en charge et communications.
Sous-systèmes de détection
Les capteurs permettent aux robots de s'adapter à leur environnement opérationnel, en prenant des décisions d’après des données en temps réel. Les types de capteurs comprennent les capteurs d'imagerie, ultrasoniques, infrarouges, inductifs et inertiels, qui sont utilisés pour améliorer la navigation et la sécurité des robots. La complexité des situations, comme les rampes de chargement, peut nécessiter différents types de capteurs et l’association de plusieurs capteurs permet de fusionner les données.
L'AR0234CS d'Onsemi est un capteur d'image à obturateur global sophistiqué qui produit des images numériques extraordinairement claires et nettes. Grâce à une conception innovante des pixels, le capteur est optimisé pour une capture précise et rapide de scènes en mouvement à 120 images par seconde, produisant des images claires et à faible bruit, que ce soit dans des conditions de faible éclairage ou de luminosité.
Sous-systèmes de contrôle des mouvements
Les robots doivent être capables d'effectuer des mouvements répétitifs et précis. La plupart des pièces mobiles, y compris les bras et les systèmes de traction, reposent sur des moteurs à courant continu sans balais (BLDC), contrôlés par des algorithmes complexes. Généralement, les BLDC sont contrôlés par des variateurs de fréquence (VFD), qui utilisent des composants discrets tels que des Mosfet, des IGBT, des pilotes de grille et des diodes. Les modules de puissance intégrés (PIM) et les modules de puissance intelligents (IPM) offrent un niveau d'intégration plus élevé, réduisant le nombre de pièces et économisant de l'espace.
Onsemi propose à la fois des composants discrets et des modules, y compris le pilote de moteur NCD83591, un pilote de grille triphasé polyvalent de 60V facile à utiliser, doté d'un amplificateur de détection de courant à haut débit, ce qui le rend idéal pour le contrôle de moteurs robotisés. Ce pilote de grille est conditionné dans un boîtier QFN28 (4x4 mm) à faible encombrement, avec un haut niveau d'intégration, idéal pour l'optimisation globale de la nomenclature.
Onsemi propose également des capteurs de position inductifs NCS32100 et NCV77320, utilisés dans les systèmes de contrôle de mouvement pour mesurer la rotation des roues ou d'autres pièces mobiles.
Sous-systèmes d’éclairage
La technologie d'éclairage est utilisée pour éclairer le chemin, aider les AMR à se déplacer et à fonctionner, ainsi qu'à communiquer avec les autres en se signalant et en indiquant leur statut et leur intention. La technologie d'éclairage Led est choisie pour ses performances, notamment la luminosité, la température de couleur et la consommation d'énergie. La solution d'éclairage par Led peut être élaborée à l'aide de divers composants, notamment des pilotes Led, des convertisseurs de tension et des Mosfet de puissance.
Les contrôleurs et les pilotes de Led sont des composants qui contrôlent le courant circulant dans les Led et leur permettent d'émettre une lumière d'une intensité et d'une longueur d'onde spécifiques. Les circuits de pilotage de Led utilisent des Mosfet de puissance côté haut et côté bas pour activer et désactiver le courant de la Led et protéger contre les conditions de surtension et de surintensité tout en assurant la stabilité du circuit de pilotage de Led. Le NVC7685 possède douze sources de courant constant linéaires programmables avec une référence commune, permettant 128 niveaux différents de cycle de travail réglables par PWM. Ce pilote de Led linéaire est conçu pour réguler et contrôler les Led, idéal pour les applications AMR et automobiles.
