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1 La robotique 1 Sommaire 1. Introduction à la robotique a. Les différents type

1 La robotique 1 Sommaire 1. Introduction à la robotique a. Les différents types de robotique b. Le robot industriel c. Pourquoi et comment robotiser ? d. Les domaines d’application 2. Les enjeux économiques a. La robotique industrielle dans le monde b. Focus sur la France c. Les métiers liés 3. Exemples d’applications a. Les domaines d’applications b. Domaines généraux c. Domaines spécifiques 4. Sécurité et robotique a. La nouvelle génération de robots b. Les normes c. Exemple: la fonction « safety » de Stäubli • Lexique de la robotique • Exercice de compréhension 2 1- Introduction à la robotique a. Les différents types de robotique b. Le robot industriel c. Pourquoi et comment robotiser ? d. Les domaines d’application 3 Différence entre automates et robots Automates • Un automate est un dispositif se comportant de manière automatique, c'est-à-dire sans l'intervention d'un humain. Robots • Un robot est un automate doté de capteurs et d'effecteurs lui donnant une capacité d'adaptation et de déplacement proche de l'autonomie. Un robot est un agent physique réalisant des tâches dans l'environnement dans lequel il évolue. • Les mécanismes de l’automate obéissent à un programme préétabli. • Les robots ont des capteurs qui recueillent des informations de l'environnement dans lesquels ils évoluent, influençant l'activité des organes moteurs. 4 Les différents types de robotique Robots mobiles : Robots capables de se déplacer dans un environnement. Ils sont équipés ou non de manipulateurs suivant leur utilisation. Robots domestiques : Robots utilisés pour des tâches ménagères, par exemple en vaisselle, en repassage, en nettoyage. Robots collaboratifs : Hommes et robots travaillent ensemble, les robots permettant de diminuer la pénibilité des manipulations manuelles, des efforts ou des mouvements réalisés par l’opérateur. Humanoïdes: Le terme humanoïde signifie « ressemblant à l'humain ». Il évoque la bipédie, la présence de deux bras et d'une tête. Robots industriels: Le robot industriel est officiellement défini comme un contrôle automatique, reprogrammable, polyvalent, manipulateur programmable dans trois ou plusieurs axes. 5 1- Introduction à la robotique a. Les différents types de robotique b. Le robot industriel c. Pourquoi et comment robotiser ? d. Les domaines d’application 6 Historique du robot industriel • 1920 : Apparition du mot robot L'origine du mot robot provient de la langue tchèque dans laquelle sont ancêtre "robota" signifie travail forcé. Il a été introduit, en 1920, par l’écrivain tchèque Karel Capek dans la pièce de théâtre Rossum’s Universal Robots • 1961 : Unimation, le 1er robot industriel Descendant direct des télémanipulateurs développés pour les besoins du nucléaire. Il est vendu à partir de 1961 par la société américaine Unimation (devenu Stäubli Unimation), créée par George Devol et Joseph Engelberger. Il est utilisé pour la première fois sur les lignes d'assemblage de General Motors. Ce robot, grâce à son bras articulé de 1,5 tonnes, était capable de manipuler des pièces de fonderie pesant 150 kg. • 1972 : 1ere chaîne de production robotisée Nissan ouvre la première chaîne de production complétement robotisée, Selon une étude de l’IFR, 2142 millions de robots ont été fabriqués entre les années 60 et la fin 2010, Les analystes estiment qu’aujourd’hui, de 1 à 1,3 million de robots travaillent pour nous dans les usines dans le monde. 7 De quoi se compose un robot ? Bras Contrôleur Teach pendant Programmation hors ligne Pour fonctionner, un robot a besoin de plusieurs éléments : Préhenseur 8 Le bras robotisé Bras poly articulé : 6 axes SCARA : 4 axes C’est l’élément mécanique principal en mouvement. Il se caractérise souvent par un système articulé semblable à un bras humain. Il existe différentes formes de bras, dont certaines ressemblent plus à un bras humain mais remplissent les mêmes fonctions. Les robots poly articulés sont particulièrement utilisés dans l’industrie pour tous types d’applications. Les robots SCARA sont utilisés pour la manipulation de pièces dans un plan. 9 10 Une gamme complète de robots 4, 6 axes et Fast Picker du petit au gros porteur Le contrôleur Le contrôleur, aussi appelé « baie robot », est le cerveau du robot – Il permet de contrôler le robot • Intègre un calculateur pour le contrôle des mouvements et de la cellule ; il permet de transformer une valeur cartésienne en données codeur du moteur • Intègre une partie « puissance » pour l’alimentation des moteurs du bras 11 uniVAL Contrôleur permettant de piloter le robot via un bus de terrain temps réel à partir d’un contrôleur d’axe externe. Application robotique Générateur de trajectoires Cinématique Robot Cinématique articulaire (synchronisation, couplage, sécurité, calibration, compensation friction, gravité…) Contrôle hardware (moteurs, freins, capteurs) Informations mouvement Informations cartésiennes Informations articulaires Informations moteurs 12 La programmation La programmation hors ligne La programmation manuelle La programmation est la principale caractéristique qui différencie un robot d’un automate. Programmer un robot consiste à lui indiquer les mouvements qu’il doit réaliser. Pour cela, il faut utiliser un langage spécifique à chaque constructeur de robot. Pour Stäubli, il s’agit du langage Val3 par exemple. Les robots peuvent être dotés d’instruments de mesure et d'appréciation (par exemple caméra, thermomètre, télémètre, capteur d ’effort ...) permettant au programme du robot de décider du mouvement le mieux adapté aux conditions extérieures. Ex: un robot muni d’une caméra peut reconnaitre des pièces posées de manière disparate Il existe différents moyens de programmation : Le pupitre de programmation, appelé aussi « teach penant » est un panneau de commande déporté, Il est utilisé ponctuellement notamment pour la reprise de point au pied du robot, C’est l’interface homme-machine La programmation hors ligne se fait via un PC. Elle est utilisée principalement en phase d’avant projet pour validation de l’implantation 13 La solution Stäubli • Un robot, pour se déplacer a besoin d’avoir différentes informations : – Les coordonnées du où il doit se rendre. Ces coordonnées peuvent être de types articulaires (angles) ou cartésiennes – D’un type de mouvement : en ligne droite, circulaire, articulaire (le plus rapide possible) – Information sur l’outil qu’il utilise – Descripteur de mouvement (vitesse, accélération) D’autres moyens de programmation s’adaptent parfaitement aux besoins spécifiques des clients 14 VAL products Logiciel « métier » principalement utilisé depuis le SP1 afin de faciliter la manipulation du robot par un personnel non roboticien. Programmation par apprentissage (pas de lignes de code) Interface toujours identique. 15 Les compléments du robot OUTILS Il existe différents types d’outils allant du plus simple : • Vision • Vision 2D ou 3D • Reconnaissance des formes: tracking, contrôle de qualité • Tracking convoyeur (droit ou ciruclaire) • Capteurs d ’efforts • Compliance • Modification / adaptation de trajectoire • Gestion d’un 7ème axe • Augmenter l’enveloppe de travail du robot • Optimiser les process Au plus complexe, nécessitant le développement d’un intégrateur. PREHENSEURS Les préhenseurs sont la prolongation du robot pour la réalisation de sa tâche : Quelques exemples de type de préhenseurs : • Pince • Ventouse Sans système d’outil, un robot ne peut réaliser aucune tâche. 16 L’intégration d’un robot Pour pouvoir interagir avec le milieu industriel, un robot doit être connecté à des systèmes extérieurs. L’intégration permet de connecter le robot à l’automate, aux réseaux, de réaliser la programmation, l’implantation physique du bras ainsi que de déterminer et mettre en œuvre tous les systèmes utiles au robot pour remplir sa fonction. 17 1- Introduction à la robotique a. Les différents types de robotiques b. Le robot industriel c. Pourquoi et comment robotiser ? d. Les domaines d’application 18 Pourquoi robotiser ? Les avantages de la robotisation d’une entreprise se déclinent autour de 3 critères principaux : Facteurs économiques Facteurs humains Facteurs environnementaux 19 Pourquoi robotiser ? Facteurs économiques : • Réduction des coûts de main-d'œuvre : ¾ un robot est capable de travailler en 3x8 de façon constante et peut réaliser à lui seul les tâches de différents opérateurs ¾ Après programmation, un robot peut travailler seul la nuit et le week-end • Flexibilité de la gestion de production ¾ Un robot s’adapte à différentes tâches et peut donc aisément être affecté à des opérations multiples, selon les impératifs de l’entreprise • Amélioration de la qualité : ¾ Les robots industriels ont la capacité de reproduire une même tâche répétitive sans dégradation des performances 20 Pourquoi robotiser ? Facteurs humains : • Augmentation de la sécurité sur le poste de travail ¾ Les robots permettent l’amélioration de la productivité et de la compétitivité des entreprises et donc le maintient d’emploi. De plus, les contraintes de rendement exigées par le marché induisent nécessairement l’adaptation des moyens de production, que des opérateurs ne peuvent pas assumer seuls. Robotiser permet de décharger les contraintes qui pèsent sur le salarié et éviter notamment les troubles musculo- squelettiques (TMS) • Evolutions des fonctions des opérateurs : ¾ L’arrivée d’un robot dans une entreprise n’est pas synonyme de licenciements, bien au contraire. Il existe un décalage entre l’appréhension à l’arrivée du robot et la satisfaction, voire même la fierté qu’a l’opérateur, lorsqu’il constate qu’il est toujours là. La présence d’un robot implique aussi l’embauche de personnel pour la gestion ainsi que la maintenance du robot. uploads/Industriel/ 5875-la-robotique-industrielle-eduscol-2015-0.pdf