Les tenants et les aboutissants des bras robotiques industriels

Les tenants et les aboutissants des bras robotiques industriels

En tant qu'équipement opérationnel automatisé déployé dans des environnements industriels, le bras robotique industriel est équipé de trois axes de mouvement programmables ou plus.

Il permet le déplacement spatial d'outils ou de pièces pour accomplir des procédures de fabrication telles que le soudage, la peinture par pulvérisation, la palettisation, le chargement/déchargement de machines-outils et l'assemblage.

1. Différences entre les bras robotiques industriels et les robots collaboratifs

Bras robotiques industriels présentent des vitesses de fonctionnement rapides et une forte force d'impact, conçues pour une vitesse élevée, une charge utile lourde et une production de masse continue. Ils doivent être entourés de barrières de sécurité pour séparer les humains des machines, ce qui rend impossible une collaboration étroite entre les humains et les robots.

Les robots collaboratifs sont équipés de-capteurs de force intégrés avec détection de collision très sensible, qui s'arrêteront immédiatement lorsqu'ils contacteront les travailleurs. Malgré une vitesse et une capacité de charge utile compromises, ils ne nécessitent généralement aucune barrière de sécurité et peuvent travailler aux côtés des opérateurs sur le même poste de travail.

2. Différences dans les paramètres de performance

Avantages des bras robotiques industriels : vitesse de fonctionnement élevée, charge utile élevée et longue portée, adaptés à une production de masse continue à haute intensité-.

Avantages des robots collaboratifs : structure légère et flexible, mais limitée en vitesse et en charge utile maximale, applicable uniquement au traitement de pièces légères et petites.

3. Scénarios de production applicables

Bras robotiques industriels : processus à cycle élevé-et à charges lourdes-, notamment le soudage, la palettisation de matériaux lourds, l'emboutissage et l'entretien des machines.

Robots collaboratifs : assemblage de petites-pièces, inspection, polissage, manipulation légère et fabrication flexible avec de petits lots et divers types de produits.

Les bras robotiques industriels comportent une structure de liaison série. Une base rigide est solidement fixée au sol, avec plusieurs liens mécaniques et joints rotatifs connectés bout à bout-à-, s'étendant jusqu'au poignet et à la bride de l'outil d'extrémité. La grande majorité des bras robotiques du marché adoptent cette conception en série ; un petit nombre de robots parallèles existent mais ont des scénarios applicables limités, qui seront développés plus tard. Chaque articulation correspond à un axe de mouvement contrôlable indépendamment, et les modèles standard sont équipés de six axes étiquetés J1 à J6.

Les six axes se répartissent en deux groupes : Les trois premiers axes J1 (base), J2 (épaule) et J3 (coude) sont des axes de positionnement. J1 fait pivoter tout le bras vers la gauche et la droite, J2 fait pivoter l'avant-bras vers l'avant et vers l'arrière et J3 lève et abaisse le haut du bras. Travaillant en tandem, ils peuvent déplacer le poignet dans n’importe quelle position dans l’enveloppe de travail.

Les trois autres axes J4, J5 et J6 sont intégrés à l'intérieur du poignet comme axes d'orientation. Ils peuvent faire rouler, incliner et tordre l’outil d’extrémité pour l’aligner avec les pièces sous n’importe quel angle.

En termes simples : trois axes déterminent la position de l'outil, tandis que les trois autres ajustent sa posture. Six axes représentent la configuration minimale requise pour positionner et orienter librement un outil en tout point et sous n'importe quel angle dans l'espace. C'est pourquoi les bras robotiques à six-axes constituent la solution courante pour l'automatisation des usines.

Après avoir restreint les catégories de modèles telles que les bras robotiques à six -axes, les robots collaboratifs et les robots de palettisation, les fiches techniques servent de référence principale pour évaluer le caractère pratique de chaque modèle. Les paramètres nominaux fournis par les fabricants sont pour la plupart des valeurs optimales obtenues dans des conditions de fonctionnement idéales, qui cachent souvent des limitations opérationnelles critiques et peuvent facilement conduire à une sélection incorrecte du modèle.

Cinq paramètres fondamentaux déterminent directement les performances opérationnelles des bras robotiques : charge utile nominale, rayon de travail, précision de positionnement répété, temps de cycle et degrés de liberté (nombre d'axes). Notamment, la charge utile et le rayon de travail sont mutuellement restrictifs ; une évaluation globale complète est nécessaire au lieu d’évaluer un seul paramètre isolément.

1. Charge utile

lors d'un fonctionnement à vitesse nominale avec une portée standard, sans dégradation des performances ni perte de durée de vie. Principaux pièges à éviter lors de la sélection du modèle

Il ne s'agit pas uniquement du poids de charge maximal qu'un bras robotique peut supporter de manière stable, mais aussi du poids de la pièce elle-même ; il faut ajouter le poids total de l'outillage d'extrémité-de-bras (EOAT), y compris les accessoires tels que les pinces, les ventouses à vide, les dispositifs de changement rapide-, les capteurs et les câbles.

Deux critères fondamentaux

 

La charge utile nominale est définie en fonction du centre de gravité de la charge standard et de la distance de décalage de montage. Un outillage plus lourd ou un centre de gravité déplacé réduira la capacité de charge réelle. Vérifiez toujours la courbe de portée de la charge utile-au lieu de vous fier uniquement à la valeur nominale de la charge utile annoncée.

 Une marge de sécurité de 20 % à 30 % doit être réservée lors de la sélection du modèle pour contrecarrer l'inertie lors de l'accélération et de la décélération et s'adapter aux futures mises à niveau des outils. Une charge utile qui répond tout juste aux exigences de travail indique une spécification sous-dimensionnée.

2. Portée maximale

Cela signifie la distance maximale en ligne droite-entre le centre de la base du bras robotique et la bride de l'outil, qui détermine l'enveloppe de travail efficace. Sa zone de travail n'est pas une sphère régulière ; des zones aveugles existent au-dessus et au-dessous de la base et la mobilité articulaire est extrêmement faible dans les zones proches de la base.

Lignes directrices pour la sélection des modèles

Ne sélectionnez pas un modèle uniquement en fonction de la portée maximale. Vérifiez l'enveloppe de travail par rapport aux positions de prélèvement-et-de placement, à la disposition des outils et aux points d'entrée/sortie du matériau. L'outillage d'extrémité peut étendre le rayon de travail, mais les angles de rotation des joints réduiront la plage de fonctionnement effective. Une portée plus longue correspond à une capacité de charge utile inférieure et à une plus grande empreinte au sol de l'unité, car ces paramètres se limitent mutuellement.

3. Répéter la précision du positionnement par rapport à la précision du positionnement absolu

Répéter la précision du positionnement

Cohérence d'un bras robotique revenant à plusieurs reprises vers des points cibles appris manuellement, généralement ±0,0X mm. Il s’agit d’un paramètre promotionnel clé mis en avant par les fabricants et adapté à la plupart des scénarios d’exploitation à trajectoires de mouvement fixes.

Précision de positionnement absolue

Précision d'un bras robotique atteignant des coordonnées non apprises générées à partir de dessins CAO, de logiciels de programmation hors ligne ou de systèmes de vision. Cette valeur de précision est bien inférieure à la précision de positionnement répété et est rarement répertoriée dans les spécifications du produit. Il constitue un paramètre essentiel pour les applications de programmation hors ligne, d'intégration de vision et d'interchangeabilité des robots.

Idée fausse courante

Les deux métriques ne sont pas interchangeables. Une précision de positionnement élevée et répétée ne garantit pas une précision de positionnement absolue élevée.

4. Temps de cycle/vitesse de fonctionnement

Ce paramètre reflète la capacité de production théorique des équipements et représente l'indice le plus idéalisé dans les spécifications des produits. Le temps de cycle nominal et la vitesse maximale publiés par les fabricants sont calculés dans des conditions de fonctionnement standard, avec des distances de déplacement courtes, des charges utiles légères et des paramètres optimisés, qui ne peuvent pas correspondre aux environnements de production réels-.

Le temps de cycle réel est affecté par le poids de la charge utile, la distance parcourue, les points de cheminement intermédiaires et le temps de séjour du processus (pour la distribution, le soudage, la mise en mémoire tampon d'alignement de précision). La production réelle est généralement inférieure à la valeur nominale. Les données d'essai mesurées ou les résultats de simulation doivent prévaloir pour les scénarios de production de base.

5. Degrés de liberté (DOF) / Nombre d'axes

Il fait référence au nombre d'articulations mobiles indépendamment sur un bras robotique, qui détermine la flexibilité de la posture de travail de l'effecteur final :

1. Robots à 4-axes (robots SCARA, la plupart des robots de palettisation) : vitesse et rigidité élevées, avec des effecteurs finaux uniquement capables d'opérations verticales. Idéal pour les tâches de prélèvement et de placement planaires, de palettisation et d'assemblage simples.

2. Bras robotisés à 6 axes : postures réglables sous tous les angles, permettant un arrimage incliné avec les pièces à usiner. Convient au soudage, aux assemblages complexes et au chargement/déchargement en machine de pièces de forme irrégulière.

3. Bras robotiques redondants à 7 -axes : capables d'éviter les obstacles liés à l'équipement tout en maintenant des postures d'effecteurs terminaux stables-même dans des postes de travail compacts, adaptés aux conditions de travail complexes et restreintes en espace.

Principe de sélection: Configurez les axes en fonction de la demande réelle. Les modèles multi-axes-hautes spécifications sont inutiles pour les applications planaires simples afin d'éviter des dépenses inutiles.

Les fiches techniques n’ont de sens que lorsqu’elles sont alignées sur les processus de production réels. Une répétabilité de ±0,05 mm, une mesure critique pour le soudage, n'a aucune pertinence pour les lignes d'emboutissage de 400 tonnes, où la synchronisation des mouvements et l'empreinte au sol ont la priorité.

1. Soudage : sélectionnez les robots en fonction du chemin de soudure plutôt que de la charge utile

Le soudage à l’arc repose en grande partie sur un suivi précis du chemin. Les cordons de soudure sont souvent incurvés, verticaux ou encastrés profondément à l'intérieur des luminaires. La torche de soudage doit maintenir une distance de sécurité et un angle de déplacement constants, car le bain de fusion en fusion est très sensible à de minuscules déviations. Les torches et leurs câbles ne pèsent que quelques kilos, la charge utile n'est donc pas une priorité absolue. Les principales exigences incluent une grande précision de trajectoire continue, un poignet mince et agile et une grande portée de travail. La solution recommandée est un robot articulé à 6-axes avec une charge utile de 6 à 20 kg, équipé de systèmes de suivi des coutures ou de détection d'arc traversant et d'un contrôleur permettant une interpolation fluide des mouvements.

2. Peinture et distribution d’adhésif : donner la priorité au revêtement uniforme plutôt qu’à la vitesse de pulvérisation

Deux normes obligatoires s'appliquent aux robots de peinture : une construction entièrement antidéflagrante-et une épaisseur de revêtement constante. Les cabines de peinture contiennent un brouillard de solvant inflammable, ce qui rend les bras robotiques standards un risque d'incendie grave. Le pistolet pulvérisateur doit maintenir une distance, un angle et une vitesse de déplacement constants ; un mouvement incohérent entraîne des défauts courants tels qu’un affaissement, des zones dénudées et une texture peau d’orange. Les poignets creux des bras-acheminent vers l'intérieur les tuyaux de peinture et d'air pour éviter toute interférence des tuyaux avec le motif de pulvérisation. Les robots à 6 axes légers et à longue portée-antidéflagrants-sont idéaux, dotés d'une protection IP complète contre les pulvérisations excessives et optimisés pour des trajectoires stables plutôt que pour la manipulation de charges utiles lourdes.

3. Palettisation et dépalettisation : sélectionnez les robots par charge utile, portée et temps de cycle

Une haute précision n’est pas nécessaire pour la palettisation. La sélection du modèle dépend de trois facteurs : la charge utile, le rayon de travail et la vitesse de cycle. Les cartons standards pèsent entre 15 et 50 kg et les robots doivent couvrir toute la zone d'empilage des palettes. Une palette empilée sur 2 mètres de haut nécessite environ 3 mètres de portée, avec un rendement mesuré en cartons par minute. 4-les robots de palettisation à axes offrent des performances optimales. Leurs poignets verticaux dédiés éliminent les axes redondants, canalisant toute la puissance du moteur vers la capacité de charge et une large portée pour une rentabilité supérieure.

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