Révolutionner le sablage et polissage robotiques : technologie d'abrasion par détection de force pour la précision

Sans technologie de détection de force, les applications de polissage et sablage ne peuvent être développées. (Image : Flexiv)

Le héros invisible : capteurs de force précis et durables

L'une des caractéristiques clés permettant le processus d'abrasion automatisé est les capteurs de force. Généralement intégrés dans les outils de sablage en bout de bras sur robots collaboratifs traditionnels, ils donnent au robot la capacité de « sentir » la surface avec laquelle il interagit et d'ajuster la force appliquée à la pièce.

Les robots adaptatifs utilisent la même technologie de base, mais au lieu d'un seul capteur de force en bout de bras, ils utilisent des capteurs de couple précis intégrés dans chacun de leurs sept degrés de liberté, plus un capteur de force en bout de bras. Cette configuration permet le traitement de données de force depuis multiples entrées, offrant une compréhension plus détaillée et nuancée de l'interaction entre l'outil en bout de bras et la pièce.

Ceci n'est possible que grâce au développement d'une technologie de détection de déplacement propriétaire offrant deux avantages essentiels :

• Stabilité et précision : résistance à la dérive thermique pour une précision améliorée.
• Durabilité : conçus pour supporter des millions de cycles de surcharge, les capteurs sont prêts pour l'industrie.

Comparés aux transducteurs à jauges de contrainte conventionnels, ces caractéristiques critiques assurent une performance fiable, même face aux fluctuations de contraction et dilatation thermiques que les jauges traditionnelles peinent à accommoder.

Sans technologie de détection de force, le polissage et le sablage ne peuvent être développés. Savoir quelle force appliquer à un objet est crucial, tout comme accommoder les variations de surfaces concaves et convexes.

Flexibilité libérée : conception à sept articulations

Avec le contrôle direct de force, pas besoin d'installer des dispositifs de compliance passifs ou actifs entre la bride du robot et les sableuses/meuleuses. Cela rend la solution de sablage plus légère, plus fiable, plus compacte et rentable. (Image : Flexiv)

Les robots doivent être aussi flexibles et adaptables que les humains pour remplacer efficacement le travail manuel. Le bras humain est une merveille évolutive avec sept points d'articulation, c'est pourquoi les robots adaptatifs incluent généralement sept degrés de liberté (DDL). Comparé aux six DDL d'un robot collaboratif traditionnel, cette dimension supplémentaire offre flexibilité et manœuvrabilité accrues dans environnements opérationnels complexes.

Avec chaque articulation dotée de son propre capteur de couple, le robot bénéficie d'un contrôle précis sur chaque DDL, améliorant la précision globale. Cette précision est vitale, surtout pour le sablage.

La performance de contrôle de force peut être encore améliorée en optimisant les configurations articulaires. Grâce au DDL supplémentaire, le robot peut utiliser la configuration « articulation » la plus efficace pour obtenir la meilleure réponse et précision de contrôle de force possible.

Pour illustrer l'importance de l'articulation et de la sensibilité, imaginez poncer du bois à la main ; les mouvements coordonnés de poignet, coude, épaule, conjointement au retour tactile, sont fondamentaux. Si vous tentiez de poncer avec des gants épais ou le coude immobilisé, la tâche deviendrait incroyablement difficile et chronophage.

La compliance omnidirectionnelle est aussi cruciale, surtout avec des équipements comme les ponceuses à bande où le robot tient la pièce contre la bande. Pour maintenir le contact continu entre pièce et ponceuse, le robot doit constamment changer sa direction de force pendant le processus abrasif. (Image : Flexiv)

En essence, en incluant un septième degré de liberté dans les tâches d'abrasion, le processus devient non seulement plus facile à conformer mais aussi kinématiquement plus efficace, avec un niveau de précision accru.

Révolutionner la précision avec le contrôle direct de force

Au cœur du processus d'abrasion : la mise en œuvre du contrôle direct de force. Cette méthode transforme instantanément les commandes de force en commandes de couple articulaire, donnant des temps de réponse bien plus rapides aux changements de force. Elle remplace le contrôle indirect de force souvent utilisé par robots collaboratifs, où la force est convertie en commandes de vitesse articulaire puis en commandes de couple ou courant.

En sautant ces étapes intermédiaires, un robot adaptatif peut diminuer significativement la raideur dans la direction de la force, améliorant grandement la précision du contrôle de force. Cette amélioration est cruciale pour les tâches de sablage et polissage fins, où maintenir un contrôle de force méticuleux est impératif pour une finition de surface supérieure.

Avec le contrôle direct de force, pas besoin de dispositifs de compliance additionnels entre bride et outils. La solution de sablage devient plus légère, fiable, compacte et rentable.

L'avantage de la compliance omnidirectionnelle

La compliance omnidirectionnelle équipe les robots adaptatifs de la capacité de contrôler les forces dans toutes les directions de l'espace cartésien. Cela représente une amélioration sur les solutions traditionnelles ne gérant la force qu'en directions axiale ou radiale.

Les solutions robotiques traditionnelles sont limitées à cause de leur dépendance aux dispositifs de compliance. Leur conception inhérente les confine à produire des mouvements linéaires ou rotationnels le long ou autour d'axes spécifiques. Bien que cette technologie puisse encore servir pour tâches abrasives basiques, le contrôle de force multi-directionnel est souvent nécessaire dans la fabrication réelle.

La compliance omnidirectionnelle est vitale pour tâches d'abrasion complexes nécessitant contrôle de force simultané en multiples directions. Imaginez un robot ponçant un objet aux courbes complexes et surfaces inégales : il faut plus que contrôle axial ou radial. Formes complexes requièrent dextérité en contrôle de force dans toutes les directions de l'espace cartésien 3D.

Robots équipés de cette compliance peuvent définir précisément l'adaptivité de force dans n'importe quel repère TCP (Tool Center Point). Cette capacité permet un ajustement dynamique de la force exercée, relative à l'effecteur terminal du robot, augmentant la polyvalence dans tâches complexes.

La compliance omnidirectionnelle est aussi cruciale avec équipements comme ponceuses à bande où le robot tient la pièce. Pour maintenir le contact continu, le robot doit constamment changer sa direction de force. Pour cela, un TCP externe peut être défini par rapport à la ponceuse, résultant en une direction de compliance constante même quand la pose du robot change pendant l'opération.

La compliance omnidirectionnelle est un outil puissant élargissant la gamme de tâches d'abrasion qu'un robot peut entreprendre. L'intégration du contrôle de force avancé avec compliance omnidirectionnelle non seulement améliore la flexibilité mais rationalise aussi le processus de calibration et réglage fin, réduisant temps et effort lors du déploiement et réglage.

Angle de contact et suivi de contour

Les angles de contact programmables permettent aux opérateurs de définir directement la force moyenne exercée sur une surface, amélioration sur méthodes conventionnelles où l'angle de contact affecte la force. Cela a des implications significatives pour le meulage industriel, permettant de varier les angles de contact le long du parcours sans modifier les réglages de contrôle de force, maintenant une pression constante.

Le suivi de contour, autre avancée exploitant la compliance omnidirectionnelle, contraste avec systèmes traditionnels qui peinent à maintenir force constante contre formes irrégulières. Le suivi de contour permet des ajustements automatiques temps réel de la direction de force, assurant exertion constante, indépendamment des contours de surface ou mouvements du robot.

Ces deux fonctionnalités augmentent la qualité de sortie de la tâche d'abrasion et réduisent le temps requis pour l'ajustement de trajectoire. Simplement, angle de contact et suivi de contour peuvent réduire le temps de déploiement de heures à minutes. Cela facilite le processus et minimise le besoin d'ajustements constants, permettant de terminer les pièces plus vite et à un standard plus élevé.

Durabilité accrue par réduction des vibrations

La réduction des vibrations est essentielle pour tâches d'abrasion. Vibrations excessives peuvent endommager les pièces et raccourcir significativement la durée de vie opérationnelle des systèmes mécaniques, surtout en applications à hautes vibrations comme le meulage.

Flexiv résout ce problème en réduisant les vibrations d'environ 25-50 % via contrôle de couple articulaire. Cela prolonge non seulement la durée de vie opérationnelle de l'équipement utilisé par le robot mais améliore aussi la qualité globale de la pièce en éliminant les « tourbillons » sur surfaces que les vibrations causent pendant l'enlèvement de matière.

Perspectives futures

La robotique avance rapidement, et les développements récents en robotique adaptative ont permis de créer des solutions révolutionnaires impossibles avec la technologie robotique collaborative traditionnelle.

L'abrasion robotique présente encore des défis formidables ; cependant, contrôle direct de force, compliance omnidirectionnelle et réduction vibrations rendent des solutions efficaces faisables et pratiques.

Pouvoir sentir avec plus de précision qu'auparavant ouvre une nouvelle gamme de possibilités d'automatisation. Couplé à des plateformes comme le système d'IA NOEMA, il n'y a pratiquement pas de limites aux processus automatisables.

L'automatisation de l'abrasion évolue en tandem avec avancées matérielles et logicielles intelligentes, marquant un passage des approches traditionnelles intensives en main-d'œuvre et méthodes d'exécution communes il y a quelques années seulement.

Regard vers l'avenir : l'abrasion automatisée pourrait devenir aussi courante que le vissage automatisé ou les applications pick-and-place.

Article écrit par Ran Xu, Responsable Ingénierie Robotique, Flexiv Robotics (Santa Clara, CA). Pour plus d'informations, visiter le site.