Comprendre les degrés de liberté des bras robotiques : Impact sur la performance et l'optimisation

Les bras robotiques sont les parties les plus importantes des machines automatisées : ils saisissent, traînent, tirent, relâchent, pressent, poinçonnent, et bien plus. Pour accomplir ces tâches, ils doivent avoir une liberté de mouvement – c'est ce qu'on appelle le degré de liberté (DDL).

Nous allons explorer les différents degrés de liberté des bras robotiques, leur impact sur la performance, leurs avantages, limites, et les moyens de les améliorer. Si vous vous êtes déjà demandé comment les bras robotiques bougent comme ils le font, cet article est pour vous.

Qu'est-ce que le degré de liberté en robotique ?

Source : Pinterest

En robotique et mécanique, le degré de liberté désigne les modes définis dans lesquels un mécanisme peut se mouvoir sans déviation. Le nombre de degrés de liberté équivaut au nombre total de déplacements indépendants concernant les aspects du mouvement.

Toute machine conventionnelle opère en deux ou trois dimensions avec un peu plus de trois degrés de liberté. En résumé, les degrés de liberté définissent correctement les différents mouvements que les bras robotiques utilisent pour accomplir leurs tâches sans complication.

Il existe 6 types principaux de degrés de liberté en robotique. Chacun est conçu pour un rôle spécifique, et plus ils sont nombreux, plus le bras robotique est efficace. Voici ces 6 degrés de liberté :

1. Bras robotique à 3 degrés de liberté (3 DDL)

Robot à trois articulations travaillant ensemble pour mouvoir le bras. Utilisable pour toutes sortes de travaux robotiques : soudage, pick and place, charge/décharge machine, etc. Tailles variables : de petits dispositifs pour tâches localisées à d'énormes machines pour l'entreposage.

2. Bras robotique à 4 degrés de liberté (4 DDL)

Robot à quatre axes ou articulations. Le dernier axe est près de la base, fournissant le mouvement et la stabilité nécessaires au bon fonctionnement de l'ensemble. Utilisé pour la palettisation, le chargement machine, pick and place, emballage automatisé, etc. Conception plus complexe qu'un 3 DDL, mais accomplit davantage.

3. Bras robotique à 5 degrés de liberté (5 DDL)

Bras robotique à cinq articulations, incluant un manipulateur, un actionneur servomoteur, et les composants de bras correspondants (bras, avant-bras, poignet). Plus complexe que les précédents, gère plus de tâches grâce aux articulations supplémentaires.

4. Bras robotique à 6 degrés de liberté (6 DDL)

Bras robotique composé de 6 servomoteurs, avec bras, coude et poignet correspondants. Chaque articulation peut bouger d'un certain degré (légèrement limité mais bien plus que les versions inférieures). Le bras 6 DDL est plus fort, plus rapide et gère des rôles plus importants en fabrication.

5. Bras robotique à 7 degrés de liberté (7 DDL)

Bras robotique doté d'une articulation d'épaule à 3 DDL (flexion avant/arrière, rotation interne/externe), d'une articulation de coude à 1 DDL, et d'un poignet. Tout cela confère une flexibilité élevée : le bras peut bouger plus et se tordre de façons impossibles pour la plupart des autres bras.

6. Bras robotique à 8 degrés de liberté (8 DDL)

Le plus haut degré de liberté jamais construit à ce jour. Offre la flexibilité maximale : peut tourner, se tordre et s'élever dans n'importe quelle direction sur toute l'amplitude. Seules la distance à l'objet ou l'énergie nécessaire pour maintenir le mouvement peuvent limiter ses mouvements.

Avantages et limites des différents degrés de liberté

Source : Pinterest

Plus le nombre de DDL est élevé, plus le bras robotique est adapté à son travail, et vice versa. Ces robots apportent de nombreux avantages à la fabrication, mais ont aussi des limites.

Avantages d'un nombre élevé de DDL

• Polyvalence : Peut être réaffecté à de nombreuses tâches sans grands changements.
• Force : Gère toutes sortes de levages lourds sans se briser.
• Flexibilité : Augmente la vitesse et les rend idéaux pour les tâches délicates nécessitant précision et rapidité.
• Portée étendue : Couvrent plus de terrain sans bouger de leur base. C'est pourquoi ils sont massivement utilisés dans l'automatisation comme la fabrication automobile.

Limites à surveiller

• Points de faiblesse multiples : Plus de DDL = plus de points de défaillance. Si une articulation lâche, tout le bras s'arrête ou dysfonctionne, impactant la production.
• Maintenance complexe : Il faut entretenir chaque pièce individuellement sans en oublier.
• Exploitation technique : Parfois complexes à opérer, nécessitant l'expertise d'un technicien formé.

Conclusion

Les bras robotiques s'améliorent avec le temps, et davantage de degrés de liberté seront ajoutés à l'avenir. Pour tirer le meilleur de vos installations robotiques, il faut comprendre comment toutes les articulations fonctionnent et opèrent. Pour plus d'informations, consultez notre site web – vous y trouverez toutes les réponses à vos questions.