Chapitre 2 : Robot industriel
Un système robotique utilisé dans la production est appelé robot industriel. L'automatisation, la programmabilité et la capacité de se déplacer sur trois axes ou plus sont des caractéristiques distinctives des robots industriels.
Les robots sont utilisés pour une grande variété d'applications, notamment le soudage, la peinture, l'assemblage, le démontage, le prélèvement et le placement de cartes de circuits imprimés, l'emballage et l'étiquetage, la palettisation, l'inspection et les tests de produits ; Toutes ces tâches nécessitent un haut niveau d'endurance, de vitesse et de précision. Ils sont en mesure de fournir une assistance pour la manutention des matériaux.
Selon les estimations fournies par la Fédération internationale de robotique, environ 1,64 million de robots industriels seront utilisés dans le monde en 2020. (IFR). De nos jours, les gens utilisent un certain type de technologie connu sous le nom de robots. Les robots ont trouvé leur place dans une variété de domaines, notamment l'agriculture, la fabrication, la médecine, la technologie et même les voyages.
Les robots industriels peuvent être divisés en six catégories distinctes.
Robots avec articulations articulées Leurs bras articulés sont capables d'une large amplitude de mouvement grâce à leurs articulations, qui ont plusieurs degrés de liberté.
Les robots cartésiens disposent de trois articulations prismatiques pour déplacer l'outil et de trois articulations rotatives pour l'orienter dans l'espace. Ensemble, ces six articulations constituent la tétrade du robot.
Un robot de ce type doit avoir six axes afin de pouvoir déplacer et positionner l'organe effecteur dans toutes les directions (ou degrés de liberté). Dans un environnement avec seulement deux dimensions, il suffit d'avoir trois axes : deux pour déterminer le déplacement et un pour déterminer l'orientation.
Les robots qui utilisent des coordonnées cylindriques
Les robots fonctionnant dans un système de coordonnées sphériques ne peuvent avoir que des articulations rotatives.
Sur l'effecteur du système SCARA, les arbres rotatifs sont disposés dans une orientation verticale.
Les robots SCARA sont utilisés pour des tâches qui nécessitent des mouvements latéraux précis. Ils fonctionnent bien dans les situations nécessitant un assemblage.
Robots Delta Ils sont constitués de connexions parallèles qui sont toutes liées à la même base. Les robots Delta sont très utiles pour les travaux qui nécessitent un contrôle direct ainsi que pour ceux qui nécessitent des niveaux élevés de maniabilité (comme les tâches rapides de prélèvement et de placement). Les robots Delta utilisent des systèmes de liaison à quatre barres ou parallélogrammes.
De plus, les robots industriels peuvent avoir une architecture série ou parallèle.
Les architectures série, plus souvent connues sous le nom de manipulateurs en série, sont le type de robot industriel le plus populaire. Leur construction se compose d'une série de maillons qui sont reliés par des articulations actionnées par un moteur et s'étendent d'une base à un effecteur. Le système SCARA et les manipulateurs de Stanford sont deux exemples caractéristiques de ce groupe.
Contrairement à un manipulateur en série, un manipulateur parallèle est construit de telle sorte que chaque chaîne est souvent plutôt courte et droite, et par conséquent, elle peut être rigide et résistante aux mouvements indésirables. La moyenne des erreurs qui se produisent lors du placement d'une chaîne est calculée en combinaison avec les erreurs qui se produisent lors du positionnement des autres chaînes, au lieu d'être accumulées. Dans un robot parallèle, chaque actionneur doit toujours se déplacer dans son propre degré de liberté, tout comme il le fait dans un robot en série ; Cependant, la flexibilité hors axe d'une articulation est également limitée par l'effet des autres chaînes. Contrairement à un robot en série, qui ne dispose que d'un seul degré de liberté par actionneur. Contrairement à une chaîne série, qui perd progressivement sa rigidité au fur et à mesure que d'autres composants sont ajoutés, la rigidité en boucle fermée d'un manipulateur parallèle contribue à la rigidité globale de l'appareil dans son ensemble par rapport à ses composants individuels.
Un élément peut être déplacé avec jusqu'à six degrés de liberté différents à l'aide d'un manipulateur parallèle complet (DoF), défini par trois coordonnées de translation (trois T) et trois coordonnées de rotation (trois R) pour une mobilité complète des 3T3R.
Cependant, chaque fois qu'un travail de manipulation nécessite moins de 6 degrés de liberté, l'utilisation de manipulateurs avec un niveau de mouvement réduit, avec moins de 6 degrés de liberté, peut offrir des avantages en termes de conception architecturale plus simple, de contrôle plus facile, de mouvement plus rapide et à moindre coût.
Prenons, par exemple :
Le robot Delta à trois degrés de liberté, qui a une mobilité tridimensionnelle réduite, s'est avéré particulièrement utile pour les applications nécessitant un placement translationnel rapide de prélèvement et de placement.
L'espace de travail des manipulateurs à mobilité réduite peut être décomposé en sous-espaces de « mouvement » et de « contrainte ».
Prenons, par exemple :
Le sous-espace de mouvement du robot Delta à trois degrés de liberté (DoF) est composé de trois coordonnées de position, tandis que le sous-espace de contrainte est composé de trois coordonnées d'orientation.
Le sous-espace de mouvement des manipulateurs à faible mobilité peut être décomposé en sous-espaces indépendants (souhaités) et dépendants (concomitants) : constitués d'un mouvement « concomitant » ou « parasite » qui est un mouvement indésirable du manipulateur.
Lors de la conception de manipulateurs efficaces à faible mobilité, il est impératif de réduire ou de supprimer complètement les effets incapacitants des mouvements simultanés.
Prenons, par exemple :
Parce que l'effecteur final du robot Delta ne tourne pas, cette machine n'a aucun mouvement parasite.
Il existe un spectre de degrés d'autonomie présent chez les robots. Certains robots peuvent être programmés pour effectuer les mêmes activités encore et encore (appelées actions répétitives) avec peu ou pas de variation et un haut niveau de précision. Ces activités sont régulées par des routines programmées qui décrivent la direction, l'accélération, la vitesse et la décélération d'une séquence de mouvements coordonnés. La distance entre chaque mouvement de la série est également spécifiée.
D'autres robots ont un degré d'adaptabilité beaucoup plus élevé en termes d'orientation de l'objet sur lequel ils opèrent ou même de la tâche qui doit être effectuée sur l'objet lui-même, que le robot peut même avoir besoin d'identifier. Ces autres robots sont beaucoup plus susceptibles d'être utilisés dans une variété de contextes. Par exemple, des sous-systèmes de vision industrielle qui fonctionnent comme des capteurs visuels du robot et sont couplés à des ordinateurs ou à des contrôleurs sophistiqués sont souvent inclus dans les robots afin qu'ils puissent fournir un guidage plus précis. Le niveau d'intelligence artificielle, ou du moins tout ce qui peut passer pour cela, dans les robots industriels sophistiqués d'aujourd'hui devient un aspect de plus en plus crucial.
« Bill » Griffith P. Taylor a terminé le premier robot industriel connu en 1937, et il a été publié dans Meccano Magazine en mars 1938. Ce robot a été le premier à correspondre à la définition ISO d'un robot industriel. Les pièces Meccano ont été utilisées presque exclusivement dans la construction de l'engin en forme de grue, qui était entraîné par un seul moteur électrique. Il était capable de se déplacer le long de l'un des cinq axes, y compris la saisie et la rotation tout en saisissant la machine. Il était possible d'automatiser le mouvement des leviers de commande de la grue en utilisant du ruban de papier perforé pour fournir de l'énergie aux solénoïdes, ce qui a permis de réaliser l'automatisation. Le robot était capable d'empiler des blocs de bois dans une variété de configurations préprogrammées. Sur une feuille de papier millimétré, les mouvements prévus ont d'abord été dessinés avec le nombre nécessaire de rotations du moteur. Après cela, les informations ont été copiées sur la bande de papier, qui était également entraînée par le moteur unique contenu à l'intérieur du robot. En 1997, Chris Shute a construit une copie exacte du robot à partir de zéro.
En 1954, George Devol dépose une demande pour les premiers brevets de robotique (accordés en 1961). Unimation, qui a été fondée en 1956 par Devol et Joseph F. Engelberger, est reconnue comme la première entreprise à produire en masse un robot. Les robots d'unification étaient également connus sous le nom de machines de transfert programmées à un moment donné. Cela était dû au fait que leur fonction principale à l'époque était de déplacer des objets d'un endroit à un autre qui se trouvait à un peu plus de quelques dizaines de mètres. Ils étaient programmés en coordonnées conjointes et utilisaient des actionneurs hydrauliques. Cela signifie que les angles des différentes articulations ont été enregistrés pendant une période d'entraînement, puis rejoués lorsque le robot était en fonctionnement. Ils étaient précis à 1/10 000 de pouce au maximum (note : bien que la...
