Robots collaboratifs (cobots) expliqués : booster l'usinage CNC et l'efficacité manufacturière

Que sont exactement les cobots et que peuvent-ils faire pour l'usinage CNC et la fabrication ? Notre guide répond à toutes vos questions.

Origine des cobots

Les robots remontent aux années 1950 lorsque George Devol a breveté le premier « robot industriel » connu, Unimate, qui a introduit l'automatisation dans les usines. Dans les années 1960, General Motors ajoutait des robots à ses installations pour le soudage, et bientôt d'autres grands fabricants ont suivi.

Bien que ces robots soient puissants et rapides, ils étaient aussi massifs, chers et dangereux autour des humains. Ils opéraient dans des cages, derrière des clôtures ou dans des pièces séparées. C'était aussi de l'automatisation « fixe », ce qui signifie qu'ils étaient conçus et construits pour une seule tâche. Si la tâche n'était plus nécessaire en raison de changements de production ou de processus, le robot devenait obsolète.

À la fin des années 1990, les premiers vrais robots collaboratifs, ou cobots, étaient en développement par J. Edward Colgate et Michael Peshkin. Ceux-ci étaient conçus pour être sûrs, travailler en étroite collaboration avec les humains et s'occuper des tâches répétitives qui rendraient le travail des gens plus facile.

Aujourd'hui, les cobots gagnent en popularité dans la fabrication et d'autres industries pour l'emballage, le chargement de machines, le réapprovisionnement de produits ou le travail sur les lignes d'assemblage. En travaillant aux côtés des humains, les cobots offrent une collaboration sûre ainsi qu'une qualité de produit améliorée grâce à la cohérence et la précision. Dans cet article, nous examinerons les nombreux avantages des cobots et ce qui distingue les cobots des robots industriels traditionnels.

Quelle est la différence entre les robots et les robots collaboratifs ?

Il y a plusieurs différences entre les robots traditionnels et les robots collaboratifs, ou cobots. Les cobots sont plus petits, plus abordables et plus faciles à utiliser. La principale différence, cependant, est que les robots collaboratifs sont conçus pour partager les espaces de travail avec les humains en toute sécurité et ne nécessitent pas de cage ou de clôture. Ils sont équipés de fonctions de sécurité qui les rendent beaucoup moins dangereux que les robots traditionnels.

Les cobots sont aussi généralement plus faciles à programmer que les robots traditionnels. Cependant, les cobots varient dans leur facilité d'utilisation. La dernière génération de cobots, comme l'OB7 de Productive Robotics, ne nécessite aucune programmation. Ils apprennent à effectuer leurs tâches par l'enseignement physique : en le montrant et en le guidant à travers les mouvements, au lieu d'utiliser le codage ou la programmation robotique traditionnelle.

Une autre différence clé est le fait que les cobots offrent flexibilité et agilité. Au lieu d'être conçus, construits et programmés pour une seule tâche ou application, les cobots peuvent effectuer une grande variété de tâches et peuvent être redéployés vers plusieurs postes de travail. Par exemple, un cobot peut assembler des produits en début de journée et emballer ces mêmes produits en fin de journée. De même, un cobot peut charger plusieurs machines et rouler facilement entre elles.

Les cobots sont conçus pour l'interaction humaine

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Les cobots ont des fonctions de sécurité intégrées qui leur permettent de travailler aux côtés des humains en toute sécurité sans avoir besoin de cages ou de clôtures. Cela signifie qu'un cobot peut s'arrêter ou ralentir si une personne le heurte ou entre dans sa zone de travail. Il existe quatre modes différents de robots collaboratifs pour l'interaction humaine :

1. Arrêt surveillé avec niveau de sécurité
2. Guidage manuel
3. Surveillance de la vitesse et de la séparation
4. Limitation de puissance et de force

Les cobots ont d'autres caractéristiques conçues pour une interaction humaine rapprochée :

• Taille compacte/faible encombrement (plus la capacité d'être montés au plafond, sur tables ou chariots)
• Bras de robot légers avec bords arrondis pour minimiser la force de blessure
• Capteurs pour arrêter ou ralentir automatiquement le mouvement
• Préhenseurs de type main et autres options dextères pour de nombreuses applications

Il est important de noter que les fonctions de sécurité des cobots à elles seules ne rendent pas un cobot sûr. Il est toujours nécessaire d'effectuer une évaluation des risques appropriée pour déterminer la sécurité de l'application et des personnes impliquées.

Impacts sur les employés et les responsabilités professionnelles

En partageant les espaces de travail avec les humains, les cobots travaillent aux côtés des travailleurs pour les soulager des tâches répétitives et redondantes. Les cobots prennent en charge les tâches ingrates, sales et dangereuses et permettent aux travailleurs de se concentrer sur d'autres tâches plus qualifiées qui apportent plus de valeur à l'organisation.

Par exemple, un cobot peut charger une machine CNC en gérant le processus répétitif de chargement et déchargement de pièces, pendant que l'opérateur se concentre sur l'inspection qualité et la préparation de différents travaux. Cela non seulement augmente le débit en maintenant les machines en fonctionnement constant, mais rend le travail plus intéressant, stimulant et épanouissant, et peut même mener à de nouvelles responsabilités.

Flexibilité du travail et des tâches avec les cobots

Les bras de cobots sont construits avec plusieurs degrés de mouvement. La plupart des cobots ont six degrés de liberté, mais l'OB7 de Productive Robotics en a sept, ce qui offre plus de flexibilité et de dextérité pour atteindre autour des obstacles et accéder à des endroits plus étroits. Les cobots offrent la flexibilité de se déplacer entre les machines et de changer facilement d'un travail à l'autre. Ils peuvent être équipés de nombreuses options de préhenseurs, pour travailler avec dextérité avec une variété de matériaux sans causer de dommages. Cette flexibilité combinée à la facilité d'utilisation vous permet d'implémenter facilement les cobots et de leur enseigner une tâche en quelques minutes.

Évolution du travail avec la robotique

La pénurie de main-d'œuvre dans l'industrie manufacturière rend difficile la recherche de travailleurs qualifiés. Avec de nombreux emplois manufacturiers non pourvus, les cobots comblent le besoin des entreprises d'optimiser leur production en automatisant les emplois qui sont banals, ennuyeux ou indésirables. Les cobots donnent aux fabricants un avantage concurrentiel par leur rentabilité, facilité d'utilisation et implémentation.

Parce que les cobots ne font pas de pauses, ne tombent pas malades et ne partent pas en vacances, ils fonctionnent sans surveillance pour des quarts de travail entiers et continuent après que tout le monde soit rentré chez soi pour la nuit. Cela ouvre la possibilité de la fabrication « lights-out » pendant les heures creuses et la capacité d'accepter encore plus de travail. Imaginez simplement vos opérateurs se concentrant sur des tâches innovantes ou complexes pendant que les cobots gèrent le travail redondant avec une supervision minimale !

À quoi servent les robots collaboratifs ?

Grâce à leur polyvalence, faible encombrement et facilité d'utilisation, les cobots peuvent automatiser des milliers de tâches industrielles différentes, allant de l'emballage et l'assemblage au chargement de machines et l'inspection qualité. Les tâches courantes des cobots incluent :

Assemblage	Découpe laser	Vissage
Emballage en sacs	Chargement de machines	Scellage
Ébavurage	Manutention	Tri
Distribution	Emballage	Pulvérisation
Finition	Peinture	Soudage
Collage	Palettisation	Assistant de travail
Inspection	Prélèvement et placement
Tests de laboratoire	Inspection qualité

L'identification des applications pour cobots est différente pour chaque entreprise. Comme les robots n'effectuent pas les tâches de la même manière que les humains, il est utile de décomposer les processus existants en étapes courtes et répétables qu'un robot peut gérer. Une bonne règle de base est de commencer par une tâche simple, puis de s'étendre à des applications plus complexes. Vous pouvez identifier les processus adaptés aux cobots en vous concentrant sur ceux qui :

• Ont des mouvements répétitifs
• Nécessitent très peu ou pas de compétence
• Sont sujets aux erreurs ou à la distraction par la fatigue
• Contribuent au temps mort des machines
• Nécessitent une haute précision

Types de cobots

Il existe de nombreux robots collaboratifs différents sur le marché aujourd'hui, chacun offrant des avantages similaires et ses propres spécialités. Déterminer le bon cobot pour votre application dépend de plusieurs facteurs uniques à votre entreprise et à l'application spécifique. Typiquement, les cobots peuvent être différenciés par les éléments suivants :

• Charge utile. Combien de poids ils peuvent soulever et déplacer, y compris l'outillage.
• Capacité de portée. Jusqu'où le bras peut s'étendre et maintenir la stabilité.
• Axes de mouvement. Le nombre de lignes/plans autour desquels une articulation pivote.
• Enseignabilité. Comment ils sont configurés pour faire le travail (enseignable vs nécessitant des compétences en programmation)
• Outillage de bout de bras. Tels que préhenseurs multi-doigts, pinces, et ventouses.
• Fonctionnalités de sécurité embarquées. Tels que capteurs, caméras, et réglages de vitesse variables.

Applications courantes des cobots

Les caractéristiques ci-dessus se traduisent en de nombreuses applications industrielles spécifiques, comme :

Usinage CNC

Les cobots sont largement utilisés dans le chargement de machines CNC. Un cobot charge et décharge une machine comme un opérateur humain, mais il ne fait pas de pauses. Un cobot de Productive Robotics prend quelques heures à configurer et se connecte facilement à tout type de machine. Les cobots maintiennent les machines CNC en fonctionnement 24/7 en mode « lights-out », éliminant le temps mort de la broche et augmentant le débit.

Fabrication

Les opportunités d'améliorer les opérations de fabrication et la productivité avec l'intégration de cobots sont presque infinies. Un cobot gère de nombreuses tâches qui augmentent la qualité et améliorent l'efficacité, telles que :

• Placer des pièces dans un four de traitement thermique ou une machine de formage de tôle
• Perceuse des trous, tarauder de la tôle, ou visser
• Tâches de finition comme le meulage, le polissage ou l'ébavurage
• Découpe laser ou plasma
• Soudage
• Inspection qualité post-usinage CNC (avec l'aide d'une caméra 3D ou d'un capteur)

Logistique

Des fabricants expédiant des pièces finies aux organisations exclusivement impliquées dans l'entreposage et la logistique, les cobots peuvent être utilisés pour des tâches comme l'emballage (ex: remplissage de caisses ou palettisation), le levage, l'empilage, les opérations de prélèvement et placement, et le tri.

Secteurs qui bénéficient des cobots

Les entreprises grandes et petites et de tous les secteurs bénéficient des cobots. L'usinage/fabrication et autres processus qui nécessitent des étapes cohérentes et répétables sont des candidats parfaits pour l'automatisation par cobot. Parce que les cobots travaillent de manière constante, sans arrêt, ils accomplissent les tâches de la même façon à chaque fois. Cela conduit à une réduction de l'erreur humaine, une amélioration des exigences de qualité/sécurité, et une plus grande satisfaction des employés. Les OEM et fournisseurs peuvent aussi atteindre des taux de rebut ou de retouche plus faibles.

Usinage CNC et fabrication de précision

Dans les applications d'usinage CNC, les cobots gèrent le processus de chargement et déchargement, y compris :

• Ouvrir et fermer la porte de la machine
• Appuyer sur le bouton de démarrage
• Charger et décharger les bruts ou pièces
• Mettre en scène le matériel pour le traitement et l'inspection
• Enregistrer les données pertinentes

De plus, dans les opérations de machines CNC, se concentrer sur l'augmentation du débit est la clé. Alors qu'un opérateur chargeant une machine est rarement présent pour changer la pièce quand le cycle se termine, un cobot maintient les machines en fonctionnement constant et élimine le temps mort de la machine. Les cobots fonctionnent aussi bien pour les cycles d'usinage courts en travaillant continuellement sur les travaux, soulageant un opérateur de cette tâche, et lui permettant de se concentrer sur d'autres tâches.

Le nombre d'axes de mouvement peut aussi déterminer la flexibilité qu'a un cobot pour atteindre des objets ronds, les saisir et les faire pivoter, saisir et tourner des boutons, appuyer sur des boutons, et plus encore. Le cobot OB7 de Productive Robotics a sept articulations, ce qui est un avantage pour le chargement de machines CNC. Grâce au 7ème axe, le cobot peut être placé sur le côté de la porte de la machine et atteindre autour dans la machine pour charger la pièce sans bloquer l'accès pour l'opérateur de la machine.

Fabrication métallique

Les cobots peuvent être équipés de préhenseurs ou de ventouses pour saisir, déplacer et charger des bruts ou de la tôle pour de nombreuses opérations de fabrication, y compris l'estampage, la découpe laser, le poinçonnage, le cisaillement, le pliage, le pliage et la fonderie. Ils peuvent également assister aux opérations secondaires pour la finition ou le traitement thermique.

Aéronautique et automobile

Les OEM et fournisseurs exigent une qualité de pièce constante qui répond aux spécifications. Dans ces environnements de fabrication, les cobots peuvent usiner des composants, percer et visser des panneaux, et introduire des matières premières pour l'estampage de composants petits et miniatures – le tout sans se fatiguer, se tendre ou faire une pause.

Avantages de travailler avec des cobots

Il y a plusieurs avantages à implémenter des cobots dans votre installation en termes d'augmentation de l'efficacité et de la productivité. Leurs avantages sont nombreux, et voici les plus importants.

Programmation et configuration faciles

De nombreux adopteurs de cobots sont des utilisateurs novices et n'ont aucune expérience préalable en programmation robotique. Ainsi, ce qui rend un cobot simple et facile à utiliser, c'est la facilité de le programmer. Les cobots, comme l'OB7, ne nécessitent aucune programmation. Au lieu de saisir des lignes de code, n'importe qui peut enseigner à l'OB7 en déplaçant simplement le bras à travers les mouvements. En « lui montrant » où bouger, ces mouvements sont stockés et suivis exactement à chaque cycle.

Les cobots sont collaboratifs et sûrs

L'introduction de cobots dans votre installation fournit un environnement de travail sûr amélioré entre la collaboration humain-robot. Les cobots travaillent aux côtés de vos employés existants pour les assister dans les tâches. En travaillant en collaboration avec les humains, les cobots augmentent la productivité, l'efficacité et la qualité, tout en enrichissant l'environnement de travail.

ROI et périodes de retour sur investissement rapides

Le retour sur investissement (ROI) est rapide pour les cobots car ils sont faciles à configurer, nécessitent une intégration minimale, et sont plus rentables que les cobots traditionnels. Certains cobots, comme l'OB7 de Productive Robotics, ont un ROI en aussi peu qu'une semaine avec le financement. Il y a beaucoup d'autres facteurs qui jouent un rôle dans la détermination du ROI. Chaque entreprise est différente, il est donc important d'évaluer les facteurs impliqués dans votre entreprise lors du calcul de votre ROI.

Impact positif sur les employés

L'introduction d'un nouvel équipement, comme un cobot, peut être intimidante pour les travailleurs. Pourtant, la réaction initiale se dissipe rapidement alors que le cobot les libère pour gérer les parties plus gratifiantes de leur travail. Dans de nombreux cas, les employés ont enfin le temps de se mettre à jour et de travailler sur des responsabilités de niveau supérieur et la formation. Dans d'autres cas, ils trouvent même de nouvelles façons créatives dont un cobot peut les aider dans leur travail.

Améliorer l'automatisation avec les cobots

Depuis des décennies, l'automatisation a bénéficié aux grandes entreprises. Aujourd'hui, les entreprises grandes et petites peuvent implémenter des robots collaboratifs sans le prix élevé, l'intégration complexe et la programmation difficile. Grâce à leur facilité d'utilisation, abordabilité et flexibilité, les cobots offrent des options illimitées aux entreprises pour concurrencer dans un paysage manufacturier en évolution.

Qu'il s'agisse d'un plancher d'usine entièrement automatisé ou de l'introduction de cobots dans des postes de travail manuels, les cobots apportent de nombreux avantages aux entreprises de tous les secteurs. Ils augmentent la productivité, améliorent la qualité et optimisent l'efficacité.

Productive Robotics se concentre sur la convivialité et la fourniture de solutions aux personnes sans expérience en robotique ni compétences en programmation. Les cobots OB7 sont conçus pour s'intégrer parfaitement dans les lignes de production, s'enseigner facilement et se redéployer rapidement.

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