Guide complet des pièces et composants pour robots industriels : approvisionnement et utilisation

Découvrez le guide #1 des pièces et composants robotiques industriels. Apprenez-en plus sur leurs usages, caractéristiques, limitations et où les trouver.

Vous pourriez avoir un robot (ou plusieurs) et vouloir en savoir plus sur les composants et pièces remplaçables par l'utilisateur. Ou vous pourriez vouloir en apprendre davantage sur le fonctionnement des principaux ensembles du robot. Dans les deux cas, vous êtes au bon endroit !

Les composants remplaçables par l'utilisateur de la plupart des robots incluent les effecteurs terminaux, les capteurs et le contrôleur du robot. Pour les robots mobiles, les batteries devront être remplacées périodiquement. Les accessoires importants pour les robots sont le support d'un bras robotique et les systèmes de fixation pour capteurs. Le système de vision du robot peut aussi être remplaçable. Il y a, bien sûr, de nombreuses autres petites pièces comme les afficheurs LED et claviers. Une liste complète dépasse notre champ d'application. Dans cet article, nous adoptons une vue descendante de certains des principaux ensembles et leurs fonctions.

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Contenu de cet article

• Effecteurs terminaux de robot
• Capteurs de robot
• Contrôleurs de robot
• Batteries de robot
• Base / Systèmes de montage de robot
• Composants de sécurité pour robot
• Convoyeurs à bande
• Alimentateurs vibrants
• Comment trouver la pièce ou le composant robot idéal pour votre organisation

Effecteurs terminaux de robot

L'effecteur terminal d'un bras robotique est là où le travail se passe. C'est là que se fait le contact entre le robot et la pièce. Comme les êtres humains, qui utilisent une très large gamme d'outils pour faire les choses, il en va de même pour les robots.

Les effecteurs terminaux robotiques sont aussi appelés « Outillage de Bout de Bras » ou EOAT. L'EOAT est en effet le poignet, la main et l'outil du robot. Les effecteurs terminaux peuvent être n'importe quoi, d'un outil de soudage à un aspirateur.

L'EOAT pourrait être un tournevis ou une perceuse rotative. Certaines entreprises se spécialisent dans la fabrication exclusive d'effecteurs terminaux robotiques. De nombreux fournisseurs se concentrent seulement sur certains types d'EOAT.

C'est souvent une bonne caractéristique de pouvoir changer d'outils automatiquement. Un support spécial tient les outils. Il est généralement monté sur une surface externe au robot. Le support peut contenir une variété d'outils que le bras robotique peut échanger. Ainsi, le robot peut effectuer différentes tâches sur une pièce. Voici un exemple de l'utilisation de cette fonctionnalité : Un bras robotique peut percer un trou dans une pièce de métal. Puis il change d'outil et ébavure le trou qu'il vient de faire. Le robot change d'outil à nouveau. Et il utilise un taraud pour faire un filetage dans le trou.

Pinces de robot

Il existe de nombreuses pinces différentes pour les bras robotiques. Une pince universelle n'a pas encore été trouvée. Au début, les concepteurs pensaient que la meilleure approche serait de faire une pince de robot comme la main humaine. Plus tard, ils ont commencé à changer d'avis.

Si le robot doit soulever des boîtes toute la journée, a-t-il besoin d'avoir des doigts sur sa main ? Probablement pas. Pour des petites boîtes, une ventouse pourrait être meilleure. Pour des boîtes plus grandes, il pourrait être mieux d'avoir un robot avec deux bras. Les « mains » ou pinces pourraient être façonnées comme une sphère avec des boutons. Pour des boîtes grandes et lourdes, il pourrait être préférable d'avoir des fourches qui peuvent glisser sous la boîte et la soutenir par le bas.

Comme pour beaucoup de choses dans la vie, « la forme suit la fonction ». Le type de pince dont vous avez besoin, ou ensemble de pinces, dépendra de votre application.

Capteurs de robot

Les capteurs de robot sont comme les sens humains. Les robots peuvent voir, entendre et avoir un sens du toucher. Ils peuvent même être dotés d'un odorat et d'un goût. Les robots industriels pourraient utiliser un sens de « l'odorat » pour tester la qualité de l'air dans une mine. Ils pourraient détecter des gaz nocifs ou des contaminants qui fuient. Il y a aussi des robots gustatifs. Ils peuvent tester la qualité des aliments et découvrir la présence de produits chimiques nocifs.

Mais le sens robotique le plus couramment utilisé actuellement pour les applications industrielles est la vision. Ci-dessous, nous examinons certains des principaux types de capteurs pour la vision robotique.

Capteurs optiques

La variété de capteurs optiques maintenant disponibles pour les robots est impressionnante. Certains capteurs utilisent des méthodes optiques pour déterminer la rugosité d'une surface. D'autres peuvent mesurer l'épaisseur d'un film. D'autres encore découvrent la couleur précise des objets. Un robot peut être équipé d'un microscope. Cela ouvre un monde de possibilités. De nombreuses mesures peuvent être effectuées avec un microscope.

Les capteurs optiques peuvent mesurer le débit d'un liquide. Le débit peut aussi être mesuré d'autres façons, comme avec des capteurs électromagnétiques. Une sorte de roue à aubes peut aussi être utilisée qui envoie des impulsions. Les impulsions se produisent plus rapidement quand la roue tourne plus vite.

La position et la vitesse peuvent aussi être mesurées avec des capteurs optiques. Les capteurs n'ont pas besoin d'être des caméras.

Scanners laser

L'introduction de la technologie laser dans les applications industrielles a changé la façon dont beaucoup de choses sont faites. Les lasers sont utilisés dans les scanners de codes-barres portables. Ils peuvent faire des mesures précises de pièces usinées. Les lasers sont utilisés pour mesurer de grandes distances aussi. Les systèmes de vision complexes utilisent des lasers. La vision par ordinateur signifie que les robots mobiles peuvent se déplacer de manière autonome, évitant les obstacles sur leur chemin.

Les scanners laser pour lire les étiquettes de codes-barres sont rapides, précis et peu coûteux. Certains scanners sont portables et utilisés par des gens dans la gestion des stocks. Les scanners laser portables sont aussi utilisés dans la manutention et les tâches de fabrication. Les scanners de codes-barres laser peuvent être mis sur des robots mobiles autonomes (AMR) dans les entrepôts pour aider dans le processus de préparation de commandes. Les scanners peuvent être montés sur des drones aériens qui volent dans les allées d'entrepôt. Les drones lisent les codes-barres et utilisent la vision par ordinateur pour compter les articles dans les boîtes. Les drones aériens peuvent faire l'inventaire en une fraction du temps qu'il faut aux gens.

Les scanners de codes-barres laser ne sont pas la seule façon de suivre les articles. On pourrait utiliser des scanners basés sur RFID. Le RFID (Identification par Fréquence Radio) a l'avantage que l'étiquette n'a pas besoin d'être visible et peut encore être lue. C'est parce que le RFID utilise des ondes radio au lieu de la lumière. Mais les étiquettes RFID sont plus chères que les codes-barres.

L'une des utilisations les plus courantes des scanners laser est pour la vision robotique industrielle. Ces scanners utilisent le LiDAR, qui signifie Light Detection And Ranging (Détection et Télémétrie par la Lumière). Le LiDAR est comme le RADAR. Le radar a été inventé pendant la Seconde Guerre mondiale et est l'abréviation de RAdio Detection And Ranging. Dans les deux cas, le principe est similaire. Le capteur LiDAR envoie une impulsion d'énergie électromagnétique et détecte ensuite la réflexion qui rebondit sur l'objet le plus proche. Le temps que mettent les réflexions à revenir est mesuré. S'il faut plus de temps pour que la réflexion revienne, l'objet est plus loin. Un temps plus court signifie que l'objet est plus proche. Le temps est proportionnel à la distance du capteur à l'objet. Ainsi, les lasers peuvent être utilisés pour mesurer précisément la distance à un point unique.

Fait intéressant : Des scientifiques de la NASA ont inventé le LiDAR dans les années 1960 dans le cadre du programme Apollo pour la lune. L'une de ses premières utilisations était de mesurer la distance entre la Terre et la Lune.

Le LiDAR peut être utilisé en une dimension, 2-D et 3-D. Un exemple de LiDAR en une dimension est un télémètre laser. Vous pouvez mesurer rapidement et précisément les dimensions d'une pièce ou d'un bâtiment. Pour les applications industrielles, les lasers sont utilisés pour mesurer précisément la profondeur d'une coupe faite par un outil machine ou une fraiseuse robotique. Les bras robotiques avec LiDAR peuvent mesurer la taille d'une pièce pour le contrôle qualité.

Dans une configuration 2-D, un faisceau laser est balayé d'avant en arrière. Le balayage peut faire un cercle complet ou ne passer que par une partie du cercle. Le faisceau laser reste dans un plan bidimensionnel. Pour un robot mobile autonome (AMR), ce plan est horizontal. Il est souvent à quelques centimètres du sol. Ainsi, l'AMR peut utiliser son LiDAR pour détecter les objets sur son chemin. Le robot utilise cette conscience pour déterminer s'il est sûr de poursuivre sur la route planifiée. S'il y a quelque chose bloquant son chemin, le robot peut l'éviter ou s'arrêter.

Mais le LiDAR 2-D a la limitation de ne pas pouvoir détecter les objets au-dessus ou en dessous du plan de balayage laser. En effet, le robot est « aveugle » à tout ce qui n'est pas dans le plan du LiDAR 2-D. L'utilisation du LiDAR 3-D peut surmonter cette limitation.

Avec le LiDAR 3-D, le système balaye le faisceau laser dans un plan (comme le LiDAR 2-D), puis le plan est incliné haut et bas. L'ajout de l'action d'inclinaison signifie que le système couvre un espace tridimensionnel. L'inconvénient du balayage 3-D est qu'il nécessite plus de puissance de calcul. Le système recueille beaucoup plus d'informations, donc c'est un défi de traiter toutes ces informations en temps réel. Cela nécessite des ordinateurs plus puissants. Aussi, les composants mécaniques du LiDAR 3-D sont plus complexes. Par conséquent, les scanners 3-D sont plus chers que les scanners 2-D. Tout dépend de l'application, si le balayage 2-D ou 3-D est approprié.

Bien sûr, il y a des limitations au LiDAR. La lumière directe du soleil peut aveugler un capteur LiDAR. Cependant, le LiDAR peut gérer une lumière solaire plus intense que beaucoup d'autres types de capteurs. L'objet qui réfléchit le faisceau laser peut affecter les choses. Le type de matériau et la couleur des objets réfléchissants peuvent affecter la précision du LiDAR. La poussière, la saleté et les débris peuvent obstruer l'objectif d'un capteur LiDAR. Cela réduira la sensibilité et la précision du capteur.

Systèmes de vision

La vision robotique a subi des changements révolutionnaires. Il n'y a pas si longtemps, la vision robotique était très limitée. Si limitée, en fait, que si un robot détectait quelque chose sur son chemin, tout ce qu'il pouvait faire était s'arrêter et appeler à l'aide. Aujourd'hui, les robots mobiles autonomes peuvent éviter les obstacles sur leur chemin. Ils peuvent faire la différence entre les gens et les objets inanimés.

La résolution et la sensibilité des caméras ont augmenté. Le logiciel qui traite les données visuelles s'est aussi amélioré. Les systèmes de vision par ordinateur reconnaissent maintenant les visages humains.

Le matériel de la caméra est une partie importante de la solution de vision. Mais enregistrer des données brutes ne suffit pas. Le système de vision doit être capable de transformer ces données en informations utiles. Le système de vision doit être capable de détecter la distance, la vitesse et la direction d'un objet. C'est encore plus utile si le système de vision peut reconnaître qu'un objet est une personne ou un chariot élévateur. La capacité de comprendre qu'un objet est une personne, tandis qu'un autre est un véhicule, s'appelle la sémantique. La compréhension sémantique d'un environnement est cruciale pour rendre les robots plus intelligents.

Une autre utilisation de la vision par ordinateur est dans la préparation de commandes. Le robot doit être capable de prélever un objet, même quand l'objet est dans une pile d'autres choses. C'est ce qu'on appelle le prélèvement dans l'encombrement (picking from clutter). Le robot doit identifier non seulement l'objet, mais aussi si l'article est sur sa tranche ou à l'envers. Une fois cela déterminé, le robot peut décider comment prélever l'objet. Cela s'est avéré difficile, mais il existe maintenant des systèmes qui peuvent le faire.

Il y a de fortes chances qu'il y ait des systèmes de vision robotique qui correspondent à vos exigences.

Vision robotique par fusion de capteurs

De plus en plus, les systèmes robotiques reposent sur une combinaison de capteurs. Chacun des différents types de capteurs a des forces et des faiblesses. Même un capteur peut fournir une sorte de « vision » pour un système robotique. Mais une combinaison de capteurs est la meilleure. Combiner les données de nombreux capteurs s'appelle la fusion de capteurs. La fusion de capteurs rend un robot plus robuste, fiable et sûr. Alors que la puissance de calcul des puces continue de croître, nous pouvons nous attendre à voir plus de capteurs utilisés. Cela rendra les robots plus intelligents.

Contrôleurs de robot

Les contrôleurs de robot se présentent sous une variété de formes et tailles. Certains sont de petites tablettes portables. Elles sont utilisées pour contrôler une simple cellule de travail. D'autres contrôleurs de robot peuvent contrôler des processus de fabrication et logistiques complexes. Le contrôleur de robot est crucial pour déterminer à quel point il est facile d'obtenir qu'un système robotique fasse ce que vous voulez. Le contrôleur de robot est une partie critique de la performance du robot dans son travail.

Les contrôleurs de robot sont responsables de la sécurité, de la logique et du contrôle de mouvement. La rapidité avec laquelle un robot répond à un événement externe est souvent une mesure critique d'un contrôleur de robot. Certaines applications ont besoin d'un temps de réponse plus rapide que d'autres. Cela peut déterminer le type de contrôleur de robot nécessaire. L'interface homme-machine (IHM) d'un contrôleur de robot est un autre aspect important. Une IHM populaire est un « pendant d'enseignement » qui est un dispositif portable de style tablette. Le pendant d'enseignement est utilisé lors de l'enseignement du robot. Une fois le robot prêt pour la production, le pendant d'enseignement peut être retiré.

Dans une usine, il est plus courant de trouver une connexion filaire entre un contrôleur de robot et le robot. La connexion filaire fournit une interface fiable et sûre. Les réglementations de sécurité exigent parfois une connexion filaire. Ce n'est pas vrai pour les robots mobiles autonomes (AMR). Un AMR ne serait pas très utile s'il devait avoir un fil attaché à son contrôleur ! Des contrôleurs de robot industriels sans fil sont aussi disponibles. Selon l'application, ils peuvent avoir des avantages sur les systèmes filaires.

Il y a trois grandes catégories de contrôleurs robotiques :

• PLC (Automate Programmable Industriel),
• PAC (Automate d'Automatisation Programmable),
• IPC (PC Industriel).

Le PLC est la technologie la plus ancienne et le type de contrôleur de robot le moins coûteux. Il est utilisé pour des applications simples qui n'ont pas besoin de contrôle de mouvement complexe. La capacité de journalisation de données d'un PLC est aussi moins capable que les autres types de contrôleurs de robot. Le PLC aura moins de types de dispositifs d'entrée/sortie.

Le PAC représente une version mise à jour du PLC. Le PAC a plus de puissance de calcul et plus de capacités. Il y a une très large gamme d'applications pour lesquelles un PAC est un bon choix.

L'IPC a la plus grande puissance de calcul, et c'est aussi le type de contrôleur de robot le plus cher. Il peut gérer des mouvements complexes et communiquer via une grande variété d'interfaces. L'IPC peut gérer et stocker de très grandes quantités de données.

Les distinctions entre ces trois types de contrôleurs deviennent plus floues avec le temps. Aujourd'hui, il n'y a pas vraiment trois catégories séparées de contrôleurs de robot. C'est plus un continuum.

Pour décider entre différents contrôleurs de robot, un facteur important est le logiciel. Recherchez des packages logiciels spécifiques à l'application. Le package d'application déterminera à quel point il est facile de démarrer. Il influencera aussi combien de support vous pouvez attendre pour vos besoins particuliers.

Batteries de robot

L'évolution de la technologie des batteries a affecté un large éventail d'appareils électriques et électroniques. De meilleures batteries signifient des temps de fonctionnement plus longs et des intervalles de charge plus courts. Les améliorations ont rendu les robots mobiles autonomes (AMR) pratiques et rentables.

Quelques-unes des choses de base à considérer lors du choix de la bonne batterie de robot pour votre usage incluent la chimie, la capacité et la charge.

La chimie d'une batterie de robot sera généralement des types suivants :

• NiMh : Les batteries Nickel-Métal Hydrure sont encore le type de batterie le plus courant utilisé pour les robots. Elles ont une bonne valeur grâce au ratio poids/capacité, et il y a très peu « d'effet mémoire ». L'effet mémoire est une limitation de certains types de batteries. Cela signifie que vous devez décharger complètement la batterie avant de la recharger. Sinon, vous perdez une partie de la capacité de la batterie à chaque charge.
• NiCd (Nickel Cadmium) : les batteries souffrent de l'effet mémoire et sont remplacées par les autres types de batteries.
• Plomb-Acide : les batteries offrent une haute capacité et un faible coût.
• LiPo (Lithium-ion Polymère) : les batteries sont souvent simplement appelées « batteries lithium ». Elles deviennent rapidement le choix de batterie pour les robots en raison de leur ratio capacité/poids élevé. Elles ne souffrent pas de l'effet mémoire.

Questions à poser lors de la considération de différentes batteries : Combien de temps faut-il pour charger la batterie ? Le chargeur de batterie a-t-il une protection contre la surcharge ? La charge sans fil peut aussi être très utile pour les robots. Cela facilite la charge car le robot n'a pas besoin d'être dans une position précise quand il atteint la station de charge.

Base / Système de montage de robot

Les robots stationnaires avec bras robotiques doivent être solidement montés pour effectuer leur travail. Il y a de nombreuses options parmi lesquelles choisir.

Un montage sur piédestal est utile quand vous devez élever le bras robotique. Le bras peut avoir besoin d'être relevé pour accéder aux systèmes de convoyage et surfaces de travail. Les montages peuvent être boulonnés au sol. Les montages peuvent aussi avoir des roulettes, pour qu'ils puissent être facilement déplacés.

Il y a des applications pour lesquelles il est idéal d'avoir le robot monté en position inversée. Il y a des montages spéciaux pour cela. Une orientation inversée peut souvent maximiser la portée du bras. D'autres applications pourraient appeler le robot à être monté verticalement. Il pourrait être fixé sur le côté d'une machine. Une fois la position déterminée, le logiciel qui vient avec le bras robotique devra être ajusté.

Des systèmes de montage modulaires sont disponibles pour fixer les capteurs. Exemples : caméras, câbles et tuyaux. Certains systèmes de montage de capteurs sont les meilleurs pour leur solidité et durabilité. D'autres mettent l'accent sur la flexibilité et la légèreté pour la portabilité. Des leviers ajustables permettent un positionnement correct des capteurs et câbles.

Composants de sécurité pour robot

Les robots peuvent soulager les gens des travaux sales, ennuyeux et dangereux. Et ils peuvent améliorer la sécurité des conditions de travail. Pourtant, s'ils ne sont pas utilisés correctement, les robots peuvent devenir un danger. S'assurer que votre solution d'automatisation est sûre est de la plus haute importance.

Automates de sécurité (Safety PLCs)

Un automate programmable (PLC) ordinaire aura généralement un microprocesseur. Il aura aussi de la mémoire et des circuits d'entrée/sortie. Un automate de sécurité a de la redondance intégrée. Un automate de sécurité peut avoir deux, trois ou quatre processeurs. Des circuits de surveillance (watchdog) vérifient la santé de chacun des processeurs. Si quelque chose ne va pas, les circuits de surveillance déclenchent une alarme.

Certains PLC auront une sortie sans entrée correspondante. En revanche, un automate de sécurité présente des entrées et sorties correspondantes. Cela signifie que des tests peuvent être constamment faits pour vérifier la connectivité et la santé d'un circuit.

Il y a des applications où un PLC ordinaire peut suffire. Un PLC aura des fonctions d'arrêt d'urgence (e-Stop). Celles-ci peuvent inclure des rideaux lumineux ou des capteurs de proximité. Cela peut suffire pour assurer la sécurité de vos collaborateurs. Mais il y a de nombreuses applications pour lesquelles un automate de sécurité est le meilleur choix. Une erreur coûteuse ou un accident peut largement dépasser le coût supplémentaire d'un automate de sécurité.

Capteurs de sécurité robotiques / Scanners laser / Barrières lumineuses

Comment la productivité et la sécurité peuvent-elles être améliorées en même temps ? Il y a une variété de façons.

Les scanners de zone laser peuvent détecter la présence de gens près d'un robot industriel. Le scanner laser peut informer le robot de ralentir si quelqu'un entre dans la zone la plus externe. La vitesse plus lente pourrait être 50 % de la vitesse habituelle. Si quelqu'un entre dans une deuxième zone, plus proche du robot, la vitesse peut être ralentie à peut-être 25 %. Si une personne est détectée dans la zone la plus proche, le robot s'arrête. L'utilisateur peut déterminer la taille de ces zones. L'utilisateur peut personnaliser les réponses que fait le robot.

Une variété de dispositifs de sécurité peuvent et doivent être utilisés avec les robots. Les robots plus gros et plus lourds ont besoin d'un niveau de sécurité plus élevé que les plus petits. Une méthode de sécurité populaire est d'utiliser une barrière lumineuse ou un rideau lumineux. La « barrière » consiste en des faisceaux de lumière autour du robot industriel. Si quelque chose coupe les faisceaux lumineux, le robot peut passer en arrêt d'urgence, par exemple.

Clôtures pour robots

Parfois, la façon la plus sûre de maintenir productivité et sécurité est de clôturer un robot dans sa propre zone séparée. Une variété de telles clôtures sont disponibles. Différentes caractéristiques incluent la hauteur de la clôture et la taille des ouvertures dans le matériau de clôture. Les poteaux de clôture avec pieds auto-nivelants intégrés sont parfois souhaitables. La solidité de la clôture est aussi une considération. La clôture doit-elle être en fil métallique, tôle perforée ou Plexiglas ? Votre application peut avoir besoin d'un matériau de clôture protégeant contre la chaleur ou l'électricité.

Convoyeurs à bande

Les robots et les systèmes de convoyage sont des compagnons fréquents. Le robot peut prendre des articles sur un convoyage pour commencer son cycle, ou il peut placer des pièces sur le convoyage à la fin de son cycle. Et, bien sûr, il peut faire les deux.

Il y a de nombreux types différents de systèmes de convoyage parmi lesquels choisir. Certains systèmes de convoyage sont faciles à désinfecter. Cela en fait un bon choix pour les opérations de transformation alimentaire. D'autres caractéristiques à considérer sont la vitesse et la largeur du système de convoyage. Sa hauteur, l'angle d'inclinaison maximal et la quantité de poids qu'il peut gérer sont toutes des considérations.

Alimentateurs vibrants

Les robots se combinent bien avec les alimentateurs vibrants. C'est particulièrement vrai pour les opérations de pick-and-place et d'assemblage. De petites pièces sont alimentées dans l'alimentateur vibrant. L'alimentateur déplace ensuite les pièces vers le robot. L'alimentateur peut mettre les pièces pour qu'elles soient toutes dans la même position. Cela facilite la prise pour le robot.

Comment trouver la pièce ou le composant robot idéal pour votre organisation

HowToRobot est une plateforme mondiale aidant les entreprises à réussir avec l'automatisation. HowToRobot a un annuaire mondial de plus de 15 000 entreprises de robotique. Cela signifie que vous pouvez trouver le type de composant robotique dont vous avez besoin, idéalement adapté à votre application.

Vous savez peut-être déjà quel type de pièce ou composant vous voulez. Si c'est le cas, vous pouvez obtenir des devis et recevoir des informations produits et des prix de nombreux fournisseurs.

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