Précision vs Répétabilité vs Résolution : Comprendre les métriques clés en robotique industrielle

La robotique industrielle gagne rapidement du terrain auprès de fabricants de divers secteurs, grâce à son efficacité et sa simplification du travail vs l'effort humain. Ces robots assurent que tâches d'emballage, tri, prélèvement et placement sont bien exécutées.

Pour un fabricant, les robots industriels améliorent la production et garantissent des standards. Mais quelques concepts clés sont à maîtriser : précision (accuracy), répétabilité (repeatability) et résolution (resolution). Les comprendre est une étape essentielle pour en tirer le meilleur parti.

Qu'est-ce que la précision en robotique ?

Résolution et précision

La précision est décrite comme la moitié de la résolution de contrôle, en considérant le pire cas où le point cible se trouve exactement entre deux points de contrôle. Les inexactitudes mécaniques à distribution statistique requièrent des considérations pratiques : la précision est alors classée comme la moitié de la résolution spatiale.

En robotique, la précision est souvent confondue avec la résolution et la répétabilité. La précision finale d'un système robotique dépend de : ses inexactitudes techniques, les algorithmes de contrôle informatique, et la résolution du système.

Quelles sont les causes des inexactitudes mécaniques ?

Elles proviennent principalement du jeu (backlash) dans les articulations des manipulateurs et de la flexion des liaisons. Le jeu se trouve dans les mécanismes d'engrenages, vis de commande et actionneurs hydrauliques. L'exigence clé de conception est la minimisation de la flexion des liaisons, toute déflexion due à la charge à l'extrémité causant des erreurs de position. Mais une rigidité accrue ne s'obtient pas par une augmentation drastique de la masse.

Une masse plus grande augmente le temps de réponse du bras. Les erreurs d'arrondi dans l'ordinateur peuvent déclencher des erreurs de position. Si le contrôleur utilise une représentation en entiers échelonnés des coordonnées cartésiennes et angulaires, les erreurs d'arrondi machine peuvent être significatives. En représentation à virgule flottante, elles deviennent négligeables.

Effets des influences externes sur la précision

La précision est aussi influencée par des variables externes. En configuration étendue, c'est plus significatif au niveau du point de poignet. La précision diminue dans le volume de travail, depuis la position la plus proche du bras de sa base vers les zones au-delà de la portée.

Si le cycle de mouvement est limité à une plage réduite, la précision augmente ; elle diminue si la charge supportée devient importante. La précision de position dépend de la position dans l'enveloppe de l'espace de travail.

Sans capteurs, la programmation hors-ligne du robot est difficile. Les causes d'erreur de position affectant la précision se regroupent en quatre : erreur de numérisation, erreur cinématique stochastique, erreur cinématique déterministe, erreur d'étalonnage.

Comme les axes des robots d'assemblage sont majoritairement verticaux, la précision est marginalement meilleure (moins d'influences externes et inexactitudes mécaniques) ; mais insuffisant pour des applications d'assemblage sans problème comme l'emmanchement cheville-trou (peg-in-hole).

Qu'est-ce que la résolution en robotique ?

La résolution est le plus petit incrément de mouvement que l'ordinateur peut produire. Comme les machines utilisent des contrôleurs numériques et des moteurs à rétroaction discrète, la résolution est le quantum auquel tous les mouvements sont effectués. Si la résolution de contrôle est n, tous les mouvements sont des multiples entiers de n.

Ce n'est pas la plus petite partie d'un schéma, mais la plus grande. Si l'encodeur de rétroaction n'a qu'une résolution précise de 1 micromètre, un contrôleur capable de mesurer 0,1 micromètre ne pourra pas déplacer la machine avec cette précision.

Le système de contrôle ne « verra » jamais un mouvement si infime. D'où l'importance d'interpréter prudemment les statistiques de sortie machine.

Qu'est-ce que la répétabilité en robotique ?

La répétabilité est un concept mathématique associé à la précision, expliquant comment un point est reproduit. Si une articulation robotique est programmée pour se déplacer plusieurs fois depuis un certain point au même angle, sous conditions environnementales similaires, elle produira différents déplacements.

Si un objectif est manqué par une large marge, mais que la même erreur se répète, on conclut que la répétabilité est haute et la précision basse. L'erreur par rapport aux coordonnées absolues n'est pas définie par la répétabilité. La déviation positionnelle par rapport à la moyenne des déplacements est la répétabilité de l'appareil.

La plupart des fabricants donnent une valeur numérique pour la répétabilité de leurs robots, pas pour leur précision. Car la précision dépend de la charge spécifique du préhenseur. Un poids plus lourd induit des déflexions plus importantes et une charge accrue sur les articulations, dégradant la précision, mais la valeur de répétabilité est quasi indépendante de la charge. La répétabilité est généralement meilleure que la précision, souvent calculée en centièmes de pouce.

Rôles de la précision, répétabilité et résolution selon les applications robotiques

En robotique, ces trois aspects fonctionnent mieux ensemble. Leur combinaison permet aux robots industriels de travailler avec justesse, assurant l'exécution correcte des tâches. Pour un bras de prélèvement et placement, ces aspects facilitent les processus. En tant que fabricant, il est crucial de valider ces trois points pour une expérience optimale.

Précision	Répétabilité	Résolution
Assure le positionnement correct du poignet du robot	Garantit l'exécution répétée des tâches avec aisance	Permet les micro-ajustements pour maintenir la précision

Gardez à l'esprit qu'il est important que vos équipements robotiques intègrent ces aspects cruciaux. Vous serez alors en meilleure position pour garantir un travail bien fait et optimiser vos processus de production.

Conclusion

En robotique industrielle, ces métriques jouent un rôle majeur dans le développement des processus de fabrication. Elles apportent des bénéfices essentiels pour augmenter la production. Mais pour en tirer le meilleur, l'utilisation de la précision, répétabilité et résolution est cruciale.

Comme discuté, ces aspects doivent être présents dans vos opérations pour profiter pleinement des robots industriels. En tant que fabricant, être en phase avec les exigences techniques est indispensable. Prenez le temps d'apprendre ces concepts et leur signification pour le travail avec la technologie robotique.