Robotique

Nouvelles perspectives pour la robotique dans le domaine de l’ingénierie mécanique

Robotique Andrea Barbolini

Andrea Barbolini

Les barrières au niveau du contrôle doivent être supprimées. Les robots industriels ouvrent bon nombre de perspectives intéressantes dans le domaine de l’ingénierie mécanique. Les robots doivent néanmoins s’intégrer sans difficulté dans l’architecture d’automatisme, comme le reconnaissent les fournisseurs actuels en robotique. Andrea Barbolini, responsable de la robotique chez Schneider Electric, évoque les tendances actuelles et ce qu’implique l’intégration des robots dans les machines.

Comment voyez-vous le marché de la robotique en ce moment ?

La robotique connaît actuellement une croissance incroyable. Le nombre d’unités installées à travers le monde augmente de deux chiffres chaque année. Si on regarde les chiffres de la fédération internationale de la robotique (IFR), l’augmentation annuelle se situe entre 14 % et 15 % depuis 2013. Cette croissance exceptionnelle devrait durer jusqu’en 2019 et concerne les quatre coins de la planète : la Chine se distingue particulièrement du fait de sa taille et représente le plus grand marché intérieur pour la robotique.

Quelles sont les tendances techniques qui se profilent ?

Le marché est en pleine diversification. À côté des robots industriels classiques, un nouveau segment de “robots de service” est en train de s’établir. On s’attend à un essor important sur ce segment, bien que ces robots de service répondent à des applications très différentes des robots industriels. Les robots collaboratifs constituent une autre tendance nouvelle. Les robots collaboratifs font une percée significative sur ce segment car ils sont moins dangereux pour l’homme du fait de leur poids inférieur et de leur mouvement habituellement plus lent. Mais ces robots ne font généralement pas concurrence aux robots industriels pour lesquels un positionnement de haute précision et ou des vitesses plus rapides revêtent plus d’importance.

Quels matériaux de construction envisagez-vous pour le futur dans la robotique ?

Cela dépend de la cinématique, de l’application concernée et des charges impliquées. En règle générale : plus la construction est légère, plus la dynamique est élevée. En dépit de ses propriétés exceptionnelles, je me méfie de la fibre de carbone, en particulier pour les applications agroalimentaires, pharmaceutiques et cosmétiques. Si un bras se casse dans un accident, toute la zone devient contaminée par les fibres. Cela implique une opération de nettoyage très importante On trouve également des bras composés de panneaux en acier inoxydable. Personnellement, je privilégie cette option.
Les accidents de cette ampleur arrivent très rarement. Es-ce que cela justifie la construction en acier ?

D’une part, les accidents ne sont pas le seul inconvénient de la fibre de carbone : les détergents industriels fragilisent la surface de la fibre de carbone, ce qui augmente le risque de dispersion des fibres. Et d’autre part, lorsqu’ils sont construits dans les règles de l’art les bras en acier inoxydable sont tout aussi rigides et guère plus lourds que leurs équivalents en fibre de carbone.

L’Industrie 4.0 et l’Internet des objets sont les sujets du jour. À votre avis, vont-ils affecter la robotique ?

Absolument : pour nous, la robotique est un composant clé de la “machine intelligente”, c’est-à-dire une unité largement autonome et mise en réseau pour être intégrée dans un processus de production automatisé et réglable. Elle s’intègre également aux concepts de contrôle de production basés sur l’Internet. Les robots, du moins en ce qui concerne Schneider Electric, font partie intégrante du processus de production ou s’intègrent directement dans les concepts de la machine.
Ils permettent d’automatiser les processus jusqu’au moment où ils pourront fonctionner sans intervention de l’opérateur.
Les robots peuvent prélever, positionner, trier et mélanger des produits. Dans le meilleur des cas, ils pourront effectuer ces opérations de manière entièrement automatique et on pourra passer de l’un à l’autre en appuyant simplement sur un bouton. Dans bien des cas, la robotique est devenue une fonction clé où les tâches d’usinage, de traitement, d’emballage et de manutention sont intégrées au sein d’un seul et même process.

Ce n’est pas un phénomène nouveau !

Non, mais les avantages de la robotique sont clairement démontrés dans les processus qui doivent s’adapter de manière flexible aux changements de situation. Les robots offrent une plus grande liberté que les machines classiques. Ceci particulièrement important lorsque l’on doit s’adapter à de nouvelles situations. La modification des paramètres process ne nécessite aucune intervention manuelle tant que l’outil ne doit pas lui-même être changé, et il est même possible d’automatiser cette modification. Par conséquent, dans bon nombre de cas, la robotique est un composant crucial d’une production entièrement automatisée et basée sur l’intelligence artificielle, comme l’incarne l’Industrie 4.0. De plus, les robots sont généralement équipés de capteurs relativement complexes ou couplés à des systèmes de vision. Cela signifie que les robots ou les cellules robotisées peuvent obtenir des données utiles pour les solutions d’analyse globale et statistiques.

Est-ce que les robots ont besoin de développement supplémentaire pour être prêts pour l’Industrie 4.0 ?

Tout dépend des attentes. Les robots actuels sont fondamentalement prêts pour l’Industrie 4.0. Mais comme toutes les autres machines, ils doivent devenir davantage communicatifs à l’avenir : maintenance préventive, informations sur leurs états, situations exceptionnelles, diagnostic – tout cela va entraîner une intégration de plus en plus importante de capteurs dans les robots, accompagnée d’une plus grande variété de concepts de diagnostic que ce que nous connaissons aujourd’hui.

Les concepts de contrôle propriétaires sont courants en robotique. Répondent-ils aux exigences de la machine intelligente que vous imaginez ?

On peut définitivement répondre par “non.” Plusieurs raisons à cela : en règle générale, les robots sont des composants intégrés dans la machine et automatisés par des automates conventionnels. Si une machine ou un autre type de système complet est remplacé par un format
ou un produit différent, le robot intégré dans le processus aura également besoin d’informations pour s’adapter de manière flexible aux changements de paramètres. Cela n’est réellement possible que si le contrôleur de robot, y compris le positionnement, fait partie intégrante du programme de la machine. En revanche, un contrôleur propriétaire implique qu’il y a un programme machine et un programme robot complètement distinct. Les deux contrôleurs peuvent bien évidemment être raccordés via des réseaux, mais en général on perd une partie de la flexibilité acquise par le robot dans cette séparation. À part ça, l’interface d’échange de commandes représente un obstacle à la disponibilité d’autres données : concepts isolés d’exploitation/visualisation, sécurité fonctionnelle, diagnostic, données images – tout ceci devient beaucoup moins accessible.

Quelles solutions envisagez-vous ?

Nous avons migré vers des solutions standard pour la commande de mouvement il y a déjà plus de neuf ans : nous avons intégré des fonctions complexes dans des modules paramétrables conformes à IEC 61131-3. Ces derniers peuvent être intégrés dans des programmes IEC normaux. Cela signifie que les robots deviennent progressivement des servo systèmes multi-axes. Avec une telle intégration profonde dans le programme de la machine, le robot est capable de s’adapter sans restriction à un changement de
paramètres, par exemple un changement de dimensions dans une machine d’emballage. De ce fait, vous libérez tous les avantages d’une solution de contrôle intégrée pour la visualisation, le diagnostic, la gestion des exceptions et même la génération de données dans le cadre de solutions basées sur l’IOT.

La robotique nécessite davantage de puissance de traitement que les applications de mouvement normales – est-ce un problème ?

Je ne peux parler que pour nous – PacDrive 3 constitue notre solution de contrôle de mouvement standard. Elle offre des performances de contrôleur évolutives pour deux à 130 servo axes qui se déplacent de manière synchronisée et qui communiquent avec le contrôleur via Sercos sur la base d’un temps de cycle compris entre deux et quatre millisecondes. Sur la base d’un programme conforme à IEC 61131-3, les contrôleurs calculent toutes les valeurs de position pour le déplacement d’un ou plusieurs robots. Évidemment, on ne peut pas comparer les servo axes normaux aux axes robot en termes de charge de processeur. Mais nous pouvons facilement gérer quatre à cinq axes par robot et jusqu’à 10 robots sur une ligne de prise et dépose. Et nous contrôlons également les autres servo axes de la machine, y compris les convoyeurs et les fonctions d’automates standards.

Comment peut-on concilier les approches modulaires avec ce concept ?

Avec les approches modulaires ou décentralisées, nous contrôlons les robots individuellement à l’aide d’un “simple” contrôleur pour six axes synchrones par cellule robotisée. Cela est suffisant par exemple pour un robot Delta 3 avec un axe de rotation supplémentaire et une entrée et une sortie ; cela constitue la solution idéale pour contrôler les cellules robotisées modulaires. Les contrôleurs de machine et de robot peuvent ainsi être synchronisés tout aussi rapidement à l’aide d’une communication de contrôleur à contrôleur via Sercos, comme c’est le cas avec nos propres contrôleurs Sercos.

Donc cette approche fonctionne uniquement pour votre propre gamme de cinématique des robots ?

Ce n’est pas vrai car bon nombre de nos clients construisent leur propre cinématique très spécifique à leurs applications. À première vue, elles ne ressemblent souvent même pas à des robots. Mais tant que nos servo moteurs et nos servo variateurs sont utilisés, nous restons dans notre environnement de contrôle et tous les avantages associés restent disponibles.
Et pour nous, la robotique ne se résume pas uniquement à une gamme matérielle : nous offrons également de la robotique pour les fonctionnalités logicielles, sous la forme de bibliothèques avec des fonctionnalités de robot entièrement préprogrammées et des transformations génériques pour tous les types de cinématique actuels avec cinq axes maximum.

Mais cela ne fonctionnera pas si on intègre des produits issus de spécialistes en robotique classique, n’est-ce pas ?

Les fabricants de robots industriels classiques ont certainement reconnu le besoin d’intégrer plus profondément la robotique dans l’environnement des applications machines. Par exemple, Stäubli offre les interfaces uniVAL plc et uniVAL drive. Ces interfaces fonctionnent à la fois avec notre environnement de contrôle et avec celui des concurrents de Schneider Electric. Il y a un an, KUKA présentait une bibliothèque logicielle qui permettait aux robots d’être pilotés directement par des systèmes d’automatismes classiques.

Les constructeurs de machines peuvent donc intégrer plus de produits provenant de spécialistes en robotique classique dans leurs machines ?

En ce moment, cela marche uniquement avec quelques fournisseurs dans ce domaine. Deuxièmement, il existe des différences de qualité significatives en ce qui concerne l’intégration au niveau du programme : il y a une distinction à faire entre l’intégration complète et partielle de la robotique dans la solution de contrôle d’une machine. L’interface uniVAL plc de Stäubli permet une intégration partielle. Nous avons développé des blocs fonctions capables de piloter le robot à l’aide de leurs contrôleurs de machine. Le calcul de trajectoire pour le mouvement des axes robot continue à se faire sur le contrôleur robot CS8C de Stäubli. La solution Kuka, avec l’interface mxAutomation, est similaire.

Qu’en est-il de l’intégration complète ?

Pour cela, je ne peux que mentionner la solution Stäubli. Grâce à cette dernière, il est possible d’intégrer complètement le ou les robot(s) dans le programme de la machine via l’interface uniVAL drive. Le contrôleur robot CS8C, qui fait partie de la communication Sercos, émule le bon nombre de servo variateurs en fonction du nombre d’axes robot. Le contrôleur machine, en l’occurrence un contrôleur de mouvement, calcule ensuite les valeurs de position de la trajectoire du robot pour ces variateurs. Deuxième option : une collaboration plus étroite signifie que l’option de piloter les robots avec nos servo variateurs est disponible pour au moins une partie de la gamme Stäubli. Nous aurions alors une solution complète basée sur le contrôle de mouvement avec tous les avantages d’une solution d’automatisme intégrée. En cas d’intégration par émulation d’un servo système ou autre équipement, qui fournit les outils pour programmer le calcul de trajectoire ?

Existe-t-il des fonctions de bibliothèque pour cela ?

C’est exactement ce qu’un constructeur de machine doit prendre en compte avant de décider de la marche à suivre. En intégrant un robot dans une machine seulement pour le contrôle, cela n’existe pas. Qu’est-ce qui peut m’aider à générer les mouvements de robot, que puis-je obtenir de mon partenaire en automatismes ? Rien du tout, peut-être au minimum une bibliothèque avec les blocs fonctions robotiques relativement simples définis par PLCopen ? Ou peut-être une bibliothèque avec des composants logiciels prêts à l’emploi pour des séquences de mouvement complètes, un suivi de trajectoire, des limites d’accélération intelligentes, des fonctions de mouvement avec et sans mélange, une intégration de caméra et bien plus encore ?
C’est la différence principale : Quel niveau de qualité de solution robotique peut être mis en œuvre dans le programme de la machine et quelle sera la difficulté ?
Je recommande de poser cette question !

https://www.schneider-electric.fr/fr/

Robotique Andrea Barbolini
Andrea Barbolini a rejoint Schneider Electric en 1995 en qualité de CEO de ELAU ITALIA Srl. Titulaire d’un diplôme d’ingénieur de l’Université de Bologne en Italie, il possède une grande expérience dans l’industrie de l’emballage, travaillant en étroite collaboration avec d’importants constructeurs de machines italiens. Après avoir supervisé l’intégration d’ELAU dans le groupe Schneider Electric, il est actuellement Vice-Président Solutions Management et responsable Solutions et Applications.
Article original : https://www.schneider-electric.com/en/download/document/Interview-robotics/

Traduction et relecture:
Laurent Maillot


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