Robots industriels : Le guide expert complet

Les robots industriels désignent des robots exclusivement utilisés comme robots de fabrication. Ils sont automatisés, programmables et capables de se déplacer sur trois axes ou plus. En résumé, ils disposent de bras robotiques pouvant pivoter dans toutes les directions. Les tâches typiques de ces robots industriels incluent le soudage, la peinture, l'assemblage, l'emballage et l'étiquetage, entre autres.

En 2020, on compte environ 1,64 million de robots en opération dans le monde, répartis dans divers secteurs industriels. L'histoire des robots industriels remonte à 1937, lorsque la première forme connue de robot était un dispositif de type grue, assemblé avec des pièces Meccano et alimenté par un moteur.

On estime que d'ici 2030, les robots industriels auront remplacé 20 millions d'emplois humains. Les entreprises de fabrication robotique travaillent d'arrache-pied à de nouvelles innovations pour concrétiser cette perspective.

Qu'est-ce qu'un robot industriel ?

Un robot industriel est un dispositif mécanique programmable doté d'un bras robotique pouvant remplacer un être humain pour effectuer des tâches jugées trop risquées ou trop répétitives, avec un niveau de précision bien supérieur. Ce sont des machines finement conçues avec des pièces mobiles, chacune remplissant une fonction unique.

Bien que le coût de fabrication d'un robot industriel soit élevé, l'avantage de les utiliser plutôt que des humains est majeur : ils éliminent le besoin de payer des salaires. De plus, ils ne se fatiguent pas, ce qui signifie qu'ils peuvent fonctionner pendant des jours sans interruption, entre deux périodes de maintenance.

Types de robots industriels

Comme mentionné précédemment, les robots industriels sont conçus pour des rôles spécifiques. Un robot programmé pour le soudage ne peut pas gérer la peinture ou l'emballage. Ces variations fonctionnelles permettent de classer les robots industriels en différents types. Actuellement, on distingue principalement les catégories suivantes.

Les robots articulés sont le type le plus courant de robots industriels. Ils possèdent un bras robotique d'usine conçu sur le modèle d'un bras humain, relié à la base par une articulation rotative. Les segments du bras sont reliés entre eux par des articulations rotatives, généralement au nombre de deux à dix.

Ces articulations offrent une grande liberté de mouvement, permettant aux bras robotiques de pivoter dans n'importe quelle direction sans se briser. En résumé, les bras de robots articulés ont six articulations, ce qui en fait les plus flexibles de tous les robots industriels, d'où leur utilisation généralisée.

Les robots cartésiens, aussi appelés robots rectilignes / portiques, sont des types de robots industriels configurés de manière rectangulaire. Ils disposent de trois articulations prismatiques assurant un mouvement linéaire le long de trois axes perpendiculaires. Parfois équipés d'un poignet pour permettre un mouvement de rotation, ils sont largement utilisés par les fabricants d'automatisation industrielle, principalement pour leur simplicité et leur flexibilité, les rendant idéaux pour des tâches uniques.

SCARA est l'acronyme de Selective Compliance Assembly Robot Arm (Bras de robot d'assemblage à conformité sélective). C'est un robot industriel dont l'enveloppe de travail a la forme d'un beignet. Un bras de robot SCARA possède deux articulations parallèles offrant une conformité dans un plan. Ses axes rotatifs sont positionnés verticalement, l'effecteur final étant fixé au bras qui se déplace horizontalement.

Un robot SCARA est spécialisé dans les mouvements latéraux, raison pour laquelle il est principalement utilisé comme robot d'assemblage. Comparés aux robots cylindriques et cartésiens, les robots SCARA sont plus rapides et s'intègrent plus facilement.

Les robots Delta sont constitués de liaisons d'articulations parallèles connectées à une base commune. Aussi appelés robots à liaisons parallèles, ils sont plus faciles à contrôler car chaque articulation est positionnée par rapport à l'effecteur final. Cette conception confère aux robots Delta une grande vitesse de mouvement, les rendant idéaux pour la fabrication à haut volume.

Les robots Delta ont une enveloppe en forme de dôme, un design qui réduit le poids dans les bras, expliquant leur grande vitesse. Ils sont principalement utilisés pour l'automatisation pick & place. Ils sont programmés pour travailler en parfaite synchronisation avec d'autres machines afin d'exploiter cette vitesse ; sinon, ce serait un désastre si un convoyeur alimentant le robot était ne serait-ce qu'un peu plus lent.

Les robots polaires sont constitués d'une articulation rotative reliant le bras à la base, de deux articulations rotatives et d'une articulation linéaire. En raison de leur enveloppe de travail sphérique, ils sont aussi appelés robots sphériques. Une autre caractéristique unique est leur arbre pivotant central et un bras robotique extensible et rotatif. Ils disposent également d'une configuration de tourelle de canon couvrant un très grand volume d'espace en fonctionnement.

Les robots cylindriques possèdent une unique articulation rotative à leur base et une articulation prismatique reliant les segments. Ils disposent d'un espace de travail cylindrique, d'où leur nom, avec un arbre pivotant et un bras robotique extensible se déplaçant verticalement par glissement. Ce mouvement unique offre aux robots des déplacements à la fois verticaux et horizontaux.

Le bras est également conçu pour permettre au robot d'atteindre des enveloppes de travail étroites sans perte de vitesse ni de répétabilité. Les robots cylindriques sont idéaux pour les tâches impliquant la prise de matériaux au sol grâce à leur bras robotique pick-and-place avancé.

Il existe une version plus récente de robots industriels qu'il convient de mentionner : les robots collaboratifs (cobots). Ce sont des robots industriels pouvant travailler aux côtés d'humains sans barrières de sécurité strictes. Ils ont un design arrondi et sont équipés de capteurs spéciaux leur permettant de toujours savoir où se trouvent les humains pour leur laisser l'espace nécessaire et les assister.

Comment fonctionnent les bras robotiques ?

Les bras robotiques sont conçus sur le modèle du bras humain et fonctionnent presque de la même manière. Le fonctionnement d'un bras robotique dépend de la tâche pour laquelle il a été conçu. En général, cependant, tous les bras robotiques fonctionnent selon un principe commun : ils dépendent d'articulations pour leurs mouvements et sont équipés d'autres éléments rendant cela possible, comme des capteurs.

Pour mieux comprendre leur fonctionnement, il faut connaître les pièces des robots industriels qui composent le bras robotique :

Les contrôleurs de robots industriels sont le cerveau du robot. Ce sont les processeurs qui exécutent le programme déterminant les mouvements du bras robotique. Ils peuvent être programmés automatiquement ou permettre une opération manuelle par un technicien qualifié. Parfois, ils prennent la forme de grands systèmes informatiques, parfois ils se réduisent à un simple joystick.

C'est la partie qui effectue le travail réel. Elle se compose de trois éléments principaux : l'épaule, le coude et le poignet, comme chez l'humain. Ces trois parties sont reliées entre elles par des axes et des articulations contrôlés par le processeur central, le contrôleur. Chaque partie doit se mouvoir par rapport aux autres pour une efficacité optimale.

C'est la partie qui remplit la fonction de la main. La plupart du temps, un effecteur final de robot est composé de deux pinces qui saisissent les objets en s'ouvrant et se fermant automatiquement. Certains peuvent pivoter et effectuer des mouvements de manœuvre en tenant ou déplaçant des objets.

Ce sont les moteurs situés entre les articulations qui contrôlent les manœuvres et les mouvements des bras robotiques. Ils utilisent généralement des courroies répliquant celles trouvées dans les moteurs de voiture.

Pourquoi avez-vous besoin de bras robotiques ?

Les entreprises de robotique industrielle sont en plein essor depuis deux décennies, et les avancées technologiques dans le monde de la robotique progressent rapidement. Bientôt, des robots effectueront la majorité du travail autour de nous. Malgré les perturbations qu'ils causent sur le marché du travail humain, il est indéniable que les robots ont grandement facilité la vie.

Voici les principaux avantages de l'utilisation de bras robotiques industriels :

Les emplois dans la construction sont intensifs en main-d'œuvre et impliquent de lourdes machines pouvant mettre en danger les travailleurs humains. L'exposition à des produits chimiques nocifs peut aussi avoir un impact délétère sur la santé. Les bras robotiques industriels ont considérablement réduit ce risque car ils peuvent travailler dans n'importe quelle condition, étant des machines inanimées. Ils peuvent gérer des tâches répétitives sans perdre la concentration une seule seconde.

Bien que le coût initial d'acquisition d'un robot puisse être élevé, les bénéfices à long terme sont immenses. Outre l'élimination des salaires, congés et autres avantages sociaux, les robots ne sont pas sujets aux erreurs. Les pertes subies par les usines dues à la destruction de machines et de produits par négligence humaine appartiennent au passé.

Ce qui prenait des jours peut maintenant être accompli en quelques heures. La main-d'œuvre humaine est sujette à l'épuisement et nécessite du repos. Le seul moyen de maintenir une production 24h/24 est le travail par équipes. Les robots, eux, peuvent fonctionner pendant des jours sans aucune pause. Une cellule d'assemblage intelligente peut fournir un travail équivalent à 4 personnes travaillant simultanément.

Les humains ne peuvent pas reproduire la précision et l'exactitude des robots dans le processus de production. Les robots utilisés dans la fabrication sont guidés par des technologies de guidage laser, ce qui signifie que chaque coupe et mesure est parfaitement exacte. Les robots articulés, par exemple, incarnent la précision dans le monde de la robotique. Une meilleure précision se traduit par des produits de qualité supérieure.

Les industries utilisant des robots dans la fabrication ont vu leur production augmenter exponentiellement. Tant qu'ils sont entretenus régulièrement, ils fournissent un travail constant quelles que soient les conditions. Ce n'est pas le cas des travailleurs humains sujets à la maladie et à la fatigue, qui affectent inévitablement leur rendement.

Quelles industries utilisent les robots industriels ?

De nombreux fabricants ont basculé ou sont en train d'automatiser entièrement leur processus de production. Les raisons sont multiples, mais la principale est que les robots sont fiables, réduisent les coûts salariaux et permettent d'économiser de l'argent réinvestissable ailleurs. Voici quelques industries utilisant des applications de bras robotiques dans leurs processus de fabrication.

La robotique dans la fabrication automobile a été parmi les premières adoptées en robotique industrielle. Aujourd'hui, on ne trouve aucun constructeur automobile n'utilisant pas de robots de fabrication automobile pour plus de 75 % de sa production. L'industrie automobile représente environ 30 % du total des installations de bras robotiques industriels. Le robot le plus couramment utilisé par les constructeurs est l'ABB IRB 6640, idéal pour souder les châssis.

Tout comme l'automobile, la fabrication d'avions nécessite une grande puissance robotique. La demande croissante de transport aérien impose de produire plus d'avions, plus vite. Les robots industriels sont la réponse : plus rapides, programmables pour toute tâche. Des applications comme la peinture de pièces moteurs, l'étanchéité, le perçage et le soudage sont gérées par des machines automatisées.

L'électronique fait partie de notre vie quotidienne. Sa fabrication implique de nombreux composants dont l'assemblage peut facilement échapper aux humains. Les robots industriels sont maintenant massivement utilisés dans l'électronique, plus aptes à manipuler des pièces minuscules et sensibles. L'utilisation de robots en salle blanche, par exemple, a grandement amélioré la qualité en empêchant la poussière de contaminer les composants internes lors de l'assemblage.

L'emballage alimentaire est maintenant géré exclusivement par des robots. Dans certains lieux, c'est même une exigence réglementaire d'employer des robots pour ce travail sensible qu'est l'emballage et l'entreposage. Les avantages : moins de contamination grâce à la précision et la rapidité des robots. Le portionnage et le calibrage des aliments sont devenus la marque de fabrique du traitement robotique des aliments.

Le tri, le conditionnement, le dosage et l'inspection des médicaments sont désormais l'apanage des robots industriels. Les robots sont programmés pour mesurer la quantité exacte de principes actifs au milligramme près. Ils ont facilité la manipulation des médicaments en évitant gaspillage et contamination.

Les dispositifs médicaux délicats comme les instruments chirurgicaux sont maintenant fabriqués aux dimensions exactes grâce aux robots médicaux qui transforment le secteur. Des outils médicaux compromis rendraient le travail des médecins plus difficile.

Combien coûte un bras robotique ?

Les robots coûtaient bien plus cher par le passé. La production de masse a fait baisser les prix, mais ils restent dans le haut de gamme budgétaire. Actuellement, le prix moyen d'un robot industriel est d'environ 25 000 $, mais peut dépasser 400 000 $ selon le modèle et la taille.

Le prix d'un bras robotique augmente également avec l'ajout de périphériques et fonctions supplémentaires. Les ajouts spécifiques à l'application, comme les capteurs de collision et les cages de sécurité (indispensables), peuvent doubler le prix initial de la machine.

En tant qu'acheteur, vous pouvez opter pour un robot neuf ou un bras robotique industriel d'occasion. L'avantage de l'occasion est l'économie, mais attendez-vous à quelques petits problèmes.

Les meilleurs bras robotiques programmables de 2020

Avec l'essor de l'utilisation des bras robotiques dans tous les secteurs, des modèles sont créés pour des tâches spécifiques. Voici les meilleurs bras robotiques industriels programmables de 2020.

Ce bras robotique est conçu pour le multitâche : impression 3D, gravure laser, pick-and-place, dessin et écriture. Il prend en charge plus de 20 langages de programmation, tout en restant assez simple pour un débutant.

Ce bras est entraîné par servo pour un mouvement flexible. Il dispose d'une pince métallique robuste capable de manipuler de lourdes charges dans toutes les directions. Contrôle sans fil possible, ainsi que via smartphone.

Ce bras robotique créé par EVS a une charge utile maximale d'environ 770 kg (1700 livres). L'ensemble du robot pèse environ 2540 kg (5600 livres), offrant une base très stable pour les tâches de levage lourd courantes dans l'industrie manufacturière.

Ce bras robotique dispose de cinq articulations contrôlées par un contrôleur filaire à 5 interrupteurs, opérable à distance. Alimentable par piles D ou secteur. Rotation de base de 270° et durée de vie prolongée du réducteur.

Comment choisir un bras robotique industriel

Lors du choix d'un bras robotique, plusieurs critères sont à considérer :

Ce n'est pas parce que c'est un bras robotique qu'il peut tout faire : chaque bras est conçu pour une application spécifique. Un bras de peinture ne peut pas servir au polissage, sauf s'il est multipurpose.

La charge utile désigne la charge maximale que le bras peut manipuler. Pour des charges lourdes comme l'emballage industriel, il faut un grand bras robotique capable de gérer de lourdes charges avec une simple automatisation pick-and-place.

La manœuvrabilité dépend du nombre d'axes. Plus il y a d'axes, plus le bras est flexible. Les gros bras robotiques nécessitent plus d'axes pour pivoter.

Pour des tâches répétitives, un bras robotique haute vitesse est préférable. Les robots articulés sont un exemple de robots rapides adaptés. Certains permettent d'ajuster la vitesse via le contrôleur.

On ne peut acheter que ce qu'on peut se permettre. Pour de la fabrication à haut volume, plusieurs bras sont nécessaires, ce qui coûte cher. Pour un usage domestique simple, un bras robotique à bas coût suffit.