L’utilisation croissante des capteurs et l’apparition de nouvelles solutions de connectivité ont permis d’analyser des jeux de données bien plus complets. Cette avancée améliore non seulement l’efficacité des techniques de production, mais également la durée de vie des équipements opérationnels et la rentabilité des usines. Les ateliers connaissent eux aussi de profonds changements en matière de technologie robotique. Depuis des décennies, d’imposantes cellules d’usinage robotisées y sont utilisées pour traiter les volumes élevés à fonctions fixes, permettant la mise en œuvre de chaînes de production entièrement automatisées capables de fonctionner sans aucune intervention humaine; un type de production également appelé « fabrication dans le noir ». Le fonctionnement de ces usines repose sur une multitude de modules électroniques et sur des logiciels de commande complexe. En outre, ces robots doivent être confinés dans des zones sécurisées, afin d’éviter tout risque de blessure corporelle causée par leurs déplacements.
Toutefois, on assiste actuellement à l’émergence d’un nouveau type de robot industriel. Il s’agit de l’une des plus captivantes tendances liées à l’essor de l’industrie 4.0, dont l’impact sera considérable sur d’autres segments de production. Les robots collaboratifs (ou « cobots ») sont des unités robotiques autonomes capables de seconder les opérateurs humains sur les chaînes de production, souvent dans le cadre de stratégies de production « high-mix » à faible volume. Ces unités peuvent être formées par des collaborateurs humains à reproduire leurs mouvements sans avoir besoin de programmation complexe. L’objectif est simple: miser sur les cobots pour compléter le travail de la main d’œuvre humaine en assumant les tâches répétitives ou le levage de charges lourdes, et laisser les collaborateurs humains tirer parti de leurs connaissances et de leur expérience (pour l’ajustement précis des réglages, par exemple).
Le logiciel intégré aux cobots permet de stocker des informations sur une multitude de mouvements liés à un processus de fabrication donné, ce qui leur confère un haut niveau de flexibilité. Ils réalisent leurs tâches quasiment à la même vitesse que les humains, et sans mouvements brusques susceptibles de provoquer des accidents. De plus, ils ne sont pas aussi imposants que les robots d’usine conventionnels, et une fois entièrement formés, peuvent opérer indépendamment et sans heurt aux côtés du personnel.
La sécurité du personnel: une priorité absolue
La sécurité est bien entendu une priorité absolue pour tous les systèmes robotisés, particulièrement lorsque des collaborateurs humains se trouvent à proximité immédiate et que les cages de protection ne sont plus envisageables. Pour cette raison, les cobots intègrent une variété de capteurs sophistiqués (principalement basés sur la vision machine) afin de déterminer avec précision la position de leurs collaborateurs humains. Situés à l’extrémité du bras robotisé, les capteurs d’image suivent des actionneurs pour fournir des données de localisation de haute précision, mais également identifier tout obstacle (inanimé ou humain). Les capteurs de proximité peuvent également être utilisés pour positionner le bras et éviter les obstructions, et les protocoles de sécurité intégrés au contrôleur permettent de l’arrêter rapidement pour empêcher tout accident.
L’analyse des images capturées par les caméras doit être effectuée localement, afin d’offrir la latence d’une milliseconde requise par les algorithmes de retour en boucle fermée pour fonctionner efficacement. Cette technologie doit couvrir plusieurs axes de fonctionnement: en effet, la plupart des bras de cobots opèrent sur quatre à six axes de mouvement, et peuvent orienter la pince située à leur extrémité dans plusieurs sens. Cette flexibilité peut représenter un défi de taille pour les systèmes de traitement d’image conventionnels, mais grâce à l’apprentissage assisté (positionnement du bras par l’opérateur), il est possible d’obtenir la précision d’image requise par les cobots. Ceux-ci continuent d’apprendre au fil de leur utilisation, améliorant ainsi la précision de la reconnaissance d’image.
Les capteurs intégrés au bras contrôlent également l’état des moteurs et communiquent les données recueillies aux collaborateurs concernés (afin qu’ils soient au fait de tout problème potentiel nécessitant une opération de maintenance). En outre, les cobots se déploient rapidement, ce qui permet d’augmenter la productivité d’une usine 4.0 en quelques jours seulement (au lieu de plusieurs semaines). La collaboration avec des opérateurs hautement qualifiés permet d’identifier rapidement les problèmes et de les prendre en charge rapidement, entraînant ainsi une hausse correspondante des volumes de production.
Adoption et évolution des cobots
L’efficacité des cobots se vérifie actuellement à travers une grande variété de secteurs industriels. Une société cosmétique espagnole utilise par exemple six bras cobot dans son usine d’emballage afin d’empiler les cartons sur des palettes. Ces unités sont capables de traiter six cartons par minute et de prendre en charge une gamme de 350 types de produits différents. À Taïwan, une usine de moulage par injection a intégré quatre bras cobot à sa chaîne de production afin de pallier la pénurie d’opérateurs qualifiés. Une fois formées, ces unités sont parvenues à satisfaire aux exigences « high-mix » de ce processus industriel, tout en fournissant le niveau de personnalisation des produits requis.
Des cobots capables d’une préhension précise de composants fragiles (sans les endommager) ouvrent la porte à une multitude d’applications – c’est pourquoi de nombreuses études sont actuellement en cours pour développer de nouveaux actionneurs à intégrer aux bras cobot. Ainsi, les scientifiques de l’université de Buffalo, aux États-Unis, ont par exemple développé une pince magnétique novatrice à deux doigts absorbant l’énergie d’impact afin d’éviter toute rupture.
Au lieu de deux doigts fixes, la pince est équipée d’une base magnétique installée entre deux aimants au néodyme, qui se repoussent mutuellement pour créer un entrefer jouant le rôle d’amortisseur. La rigidité de la pince peut être ajustée instantanément en augmentant ou en réduisant simplement l’espacement entre les aimants, tandis que le retour fourni par les capteurs permet d’ajuster le niveau de préhension.
Lors d’un essai réalisé par les scientifiques de l’université, la pince est parvenue à saisir un spaghetti : au moment du contact, les capteurs ont détecté l’énergie externe et utilisé ces données pour ajuster les aimants et réduire la rigidité de la pince, qui a pu saisir le spaghetti intact.
Conclusion
Les cobots ont tout le potentiel pour se trouver au premier plan de la numérisation de nos usines, et offrir un niveau d’automatisation des lignes de production sans précédent. Autre avantage, les cobots peuvent être déployés rapidement sur les lignes en cours d’utilisation pour automatiser des processus existants, évitant ainsi de revoir entièrement la production. Capables d’assurer leur autosurveillance, ils alimentent également les serveurs centraux en données afin d’établir un modèle numérique détaillé de l’usine (un sujet qui sera abordé dans notre prochain article de blog). Toutes ces avancées délivrent la visibilité haute précision et le contrôle granulaire essentiels au développement de l’industrie 4.0.
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