Dans le domaine de la fabrication moderne, les robots industriels sont devenus indispensables en raison de leur précision, de leur efficacité et de leur capacité à effectuer des tâches dans des environnements pouvant être dangereux pour les humains.
Comprendre la structure et la classification des robots industriels est crucial pour les ingénieurs, les fabricants et les entreprises qui cherchent à intégrer ou à optimiser des systèmes robotiques.
Cet article vise à démystifier le monde des robots industriels en approfondissant leur composition, en explorant différents critères de classification, en examinant la chaîne industrielle et en discutant des principes de fonctionnement qui animent ces merveilles technologiques.
Les robots industriels se composent principalement de trois composants fondamentaux : le corps principal, le système d'entraînement et le système de contrôle.
Le corps principal, qui comprend la base et les dispositifs d'actionnement, se compose du bras, du poignet et de la main, certains robots étant également dotés d'un mécanisme de marche. La plupart des robots industriels ont 3 à 6 degrés de liberté, le poignet ayant généralement 1 à 3 degrés de liberté.
Le système d'entraînement comprend la source d'énergie et le mécanisme de transmission, les composants principaux étant le réducteur et les servomoteurs, qui sont utilisés pour générer les mouvements appropriés dans les dispositifs d'actionnement.
Le système de contrôle émet des signaux de commande aux systèmes d'entraînement et d'actionnement en fonction du programme d'entrée et exécute des fonctions de contrôle.
Il n'existe pas de norme internationale pour la classification des robots industriels, mais ils peuvent être classés en fonction du poids de la charge utile, de la méthode de contrôle, des degrés de liberté, de la structure et du domaine d'application.
La chaîne industrielle des robots industriels comprend principalement des fabricants de composants de robots, des fabricants de corps principaux de robots, des agents, des intégrateurs de systèmes et des utilisateurs finaux. Le corps principal est le cœur de la chaîne industrielle de la robotique.
En règle générale, les principales entreprises conçoivent les robots et écrivent les logiciels, puis achètent par l'intermédiaire d'agents et vendent aux intégrateurs de systèmes, qui à leur tour font face aux clients finaux. Certaines sociétés et agents principaux agissent également en tant qu'intégrateurs de systèmes.
Géographiquement, l'Europe et le Japon détiennent fermement le marché des robots industriels, le Japon et l'Allemagne étant les leaders mondiaux en matière de technologie des robots industriels, principalement en raison de leurs avantages de pionnier et de leur accumulation technologique.
Le Japon se heurte à de fortes barrières techniques dans la recherche et le développement de composants clés des robots industriels, tels que les réducteurs et les servomoteurs. Les robots industriels allemands présentent certains avantages en termes de matériaux, de composants principaux et d'intégration de systèmes.
En termes d'entreprises, ABB, FANUC, KUKA et YASKAWA sont les quatre grandes familles de robots industriels et sont les principaux fournisseurs mondiaux de robots industriels, représentant environ 50 % de la part de marché mondiale.
Les principes de fonctionnement des robots sont assez complexes. En termes simples, le principe d’un robot est d’imiter divers mouvements du corps humain, modes de pensée et capacités de prise de décision. Du point de vue du contrôle, les robots peuvent atteindre cet objectif grâce aux quatre méthodes suivantes.
Méthode « Enseignement et Lecture » : Elle apprend au bras mécanique à se déplacer à travers une « boîte d'apprentissage » ou en le « guidant » manuellement. Le contrôleur mémorise le processus d'apprentissage, puis le robot exécute encore et encore les mouvements appris, comme dans le cas des robots de peinture au pistolet.
Méthode « Contrôle programmable » : le personnel prépare à l'avance des programmes de contrôle en fonction des tâches de travail et des trajectoires de mouvement du robot, puis saisit le programme de contrôle dans le contrôleur du robot. Une fois le programme de contrôle activé, le robot effectue les tâches étape par étape comme stipulé par le programme. En cas de changement de tâche, il est très flexible et pratique de simplement modifier ou réécrire le programme de contrôle. La plupart des robots industriels fonctionnent selon les deux premières méthodes.
Méthode « Télécommande » : Une personne contrôle le robot avec une télécommande filaire ou sans fil pour effectuer une tâche dans des endroits difficiles ou dangereux d'accès pour les humains. Les exemples incluent les robots anti-émeutes, les robots militaires et les robots travaillant dans des environnements soumis à des radiations nucléaires et à une contamination chimique.
Méthode « Contrôle Autonome » : Il s’agit du mode de contrôle de robot le plus avancé et le plus complexe. Cela nécessite que le robot ait la capacité de reconnaître l’environnement et de prendre des décisions autonomes dans des environnements complexes et non structurés, possédant essentiellement des comportements intelligents semblables à ceux des humains.
En prenant comme exemple un robot articulé vertical à six axes (comme le montre la figure ci-dessous), grâce au contrôleur du robot et à son système de contrôle, il est possible d'obtenir un mouvement de rotation de l'axe S, d'inclinaison du bras inférieur sur l'axe L. -axe, inclinaison du haut du bras sur l'axe U, balancement horizontal du bras sur l'axe R, inclinaison du poignet sur l'axe B et mouvement de rotation du poignet sur l'axe T, réalisant l'opération et coordination des six axes.
Lorsqu'un système de contrôle centralisé est utilisé, le principe de contrôle sera le suivant :
Et si un système de contrôle distribué est utilisé, le principe de contrôle sera comme indiqué dans la figure ci-dessous :
Alors que le secteur de la fabrication industrielle continue de se moderniser et que de nouvelles technologies émergent, les fabricants de robots doivent également tenir compte des besoins d'utilisation de leurs utilisateurs finaux pendant le processus de production. Par exemple, lorsqu'il s'agit de moderniser et de transformer certaines usines et lignes de production, les fabricants de robots doivent également s'adapter aux changements du marché et procéder aux ajustements correspondants.
Les robots industriels représentent l'avant-garde de la technologie d'automatisation, offrant une myriade d'avantages, notamment une productivité accrue, une qualité améliorée et une sécurité renforcée. En disséquant l'anatomie de ces robots, nous avons découvert les systèmes complexes qui permettent leurs applications polyvalentes.
La classification des robots industriels fournit un cadre pour comprendre la diversité des capacités et des spécialisations dans ce domaine. De plus, la chaîne industrielle met en avant l’écosystème collaboratif depuis la fabrication des composants jusqu’à la mise en œuvre par l’utilisateur final, en soulignant l’importance de chaque maillon de la chaîne.
Alors que nous regardons vers l’avenir, l’évolution des robots industriels se poursuivra sans aucun doute, propulsée par les progrès de l’intelligence artificielle, de l’apprentissage automatique et de la science des matériaux.
Les fabricants sont confrontés au défi non seulement de suivre le rythme des innovations technologiques, mais également de s'adapter aux demandes du marché et aux paysages réglementaires en constante évolution. C’est grâce à l’amélioration continue, à l’adaptation stratégique et à un engagement envers l’excellence que l’industrie maintiendra sa trajectoire de croissance et d’innovation.
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