Les robots deviennent mobiles

Aug 17, 2023

Les nouvelles technologies permettent aux robots de se déplacer facilement dans les usines. Photo avec l'aimable autorisation de KUKA Robotics Corp.

Ce robot mobile permet d'assembler des connecteurs électriques pour des systèmes de couplage. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Stäubli Corp.

Des robots mobiles sont utilisés pour améliorer la productivité dans une usine à haut volume et à faible volume qui assemble des produits électriques. Photo publiée avec l'aimable autorisation d'Universal Robots USA Inc.

Ce robot 15 axes à deux bras, adossé à un robot mobile autonome, est utilisé par un équipementier automobile de rang 1. Photo avec l'aimable autorisation d'Otto Motors/Clearpath Robotics Inc.

Ce robot collaboratif à six axes peut conduire et naviguer de manière autonome. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Stäubli Corp.

Les robots collaboratifs montés sur des plateformes mobiles autonomes ouvrent une nouvelle ère d'automatisation flexible. Photo avec l'aimable autorisation de KUKA Robotics Corp.

La mobilité offre une grande flexibilité aux petits fabricants. Ils peuvent facilement redéployer un robot à mesure que leurs besoins changent. Photo avec l'aimable autorisation d'Omni Automation/Control Electric Co.

La mobilité augmente la portée et la convivialité des robots collaboratifs. Photo publiée avec l'aimable autorisation d'Universal Robots USA Inc.

La poussée de la mobilité marque le début d'une nouvelle ère dans la technologie robotique. Photo courtoisie Vicosystems

Les robots étaient autrefois considérés strictement comme des machines fixes. Ils étaient boulonnés à un sol, une table, un plafond ou un mur et c'est là qu'ils restaient. Mais, cela commence à changer.

Aujourd'hui, les nouvelles technologies permettent aux robots de se déplacer facilement dans l'usine. Les robots peuvent être montés sur des socles à roulettes, des chariots roulants ou même des plates-formes automatisées. Cela permet aux machines de travailler plus près des humains et de devenir plus polyvalentes.

Au salon Automate à Chicago plus tôt cette année, plusieurs robots se sont précipités dans la salle d'exposition. Cependant, la plupart d'entre eux ne se déplaçaient pas d'eux-mêmes; ils ont été greffés à bord de véhicules intelligents automatisés de nouvelle génération.

Les appareils mobiles offraient un contraste frappant avec la majorité des robots exposés à McCormick Place. Au lieu que les visiteurs s'approchent pour regarder de plus près les machines, les robots mobiles se sont approchés des gens.

Une entreprise qui a attiré l'attention au salon Automate était Universal Robots USA Inc. (UR). Il montrait un bras UR5 attaché à une plate-forme mobile MiR200 de Mobile Industrial Robots Inc. (MiR).

"La mobilité augmente la portée et la convivialité des robots", déclare Craig Tomita, directeur des ventes de la région ouest chez UR. "Parce qu'ils sont en basse tension, nos robots collaboratifs peuvent être alimentés par la batterie déjà embarquée dans un véhicule. Les robots ne sont plus relégués à rester devant une machine ou un convoyeur toute leur vie.

"La mobilité offre une énorme flexibilité, en particulier pour les petits fabricants et les sous-traitants", explique Tomita. "Ils peuvent facilement redéployer un robot à mesure que leurs besoins changent."

Le MiR200 est un robot mobile autonome (AMR), un nouveau type de machine basé sur des technologies qui le rendent plus rapide, plus intelligent, plus facile à utiliser et plus efficace que les véhicules guidés automatisés (AGV) traditionnels.

"Les AMR, et les robots industriels qui s'y greffent, sont individuellement à la fois collaboratifs et extrêmement flexibles", déclare Ed Mullen, vice-président des ventes pour les Amériques chez MiR. "Lorsque vous placez un robot sur un AMR, vous obtenez encore plus de flexibilité et un degré d'automatisation plus élevé.

"Vous pouvez faire conduire l'AMR où vous voulez grâce à son système de navigation intelligent", ajoute Mullen. "Cela lui permet de se déplacer de manière autonome vers ses cibles. Ensuite, vous pouvez faire en sorte que le bras robotique ramasse automatiquement quelque chose. Cela augmente l'efficacité. Comme les employés n'ont pas besoin d'être impliqués dans ce processus, vous libérez des ressources.

"[Les ingénieurs devraient] considérer l'AMR comme les jambes, le robot de ferroutage comme les bras et le logiciel comme le cerveau", souligne Mullen. "Cela ouvre la solution complète pour de nombreuses applications."

Selon Keith Vozel, chef de produit logiciel chez Motoman Robotics Div. de Yaskawa America Inc., il existe trois types distincts de robots mobiles :

"Les robots mobiles présentent bon nombre des mêmes défis auxquels sont confrontés les robots collaboratifs", déclare Michael Ferguson, directeur de la technologie chez Fetch Robotics Inc., qui a développé une gamme d'AMR. "Il existe une variété de bras de robot disponibles sur étagère aujourd'hui, mais tous ont été généralement conçus pour être montés de manière statique et connectés à une prise murale.

"L'efficacité énergétique est extrêmement importante dans les applications mobiles, mais rarement prise en compte dans une installation statique", note Ferguson. "La stabilité, en particulier lors des mouvements rapides d'un bras, peut également être un défi, car le boulonnage d'un robot au sol offre plus de stabilité que presque n'importe quelle plate-forme mobile peut fournir."

Selon Ferguson et d'autres observateurs, la poussée de la mobilité marque le début d'une nouvelle ère dans la technologie robotique. Et cela stimulera la demande de robots dans la décennie à venir.

« Nous avons récemment constaté une augmentation des applications liées à l'utilisation de l'automatisation flexible fixe traditionnelle et de son utilisation pour l'automatisation flexible mobile », explique Phil Baratti, responsable du support technique en ingénierie des applications chez EPSON Robots. Il pense qu'il s'agit d'un élément de la tendance émergente de l'industrie 4.0 qui transforme les grands et les petits fabricants dans une variété d'industries.

"La robotique mobile est quelque chose qui va exploser", ajoute Chris Blanchette, responsable des comptes nationaux chez Fanuc America Corp. "Dans les cinq prochaines années, nous les verrons déployés partout.

"Les robots collaboratifs sont plus adaptables à leur environnement, ce qui permet des applications de mobilité", note Blanchette. "Dans le passé, les robots fixes traditionnels devaient toujours être entourés de cages de sécurité ou de gardes. Cela rendait difficile pour les gens de rendre les robots mobiles."

La tâche principale de cette nouvelle génération de robots sera les applications de manutention, telles que la livraison de matières premières, de bacs de pièces, de composants en kit ou de travaux en cours aux chaînes de montage. D'autres applications comprendront l'entretien des machines, la peinture et l'entreposage.

"Nous avons constaté une forte croissance des robots mobiles, en particulier dans l'industrie aérospatiale", déclare Blanchette. "C'est parce qu'il y a beaucoup d'espace au sol et de grandes pièces. Il n'est pas facile de déplacer des sous-ensembles ; il est plus logique d'amener les robots aux pièces. Jusqu'à présent, la plupart des activités se sont concentrées sur les applications de forage."

Boeing a déjà reçu plusieurs brevets américains concernant des robots mobiles et des plates-formes robotiques mobiles. Elle prévoit d'utiliser cette technologie de pointe pour produire des avions commerciaux de nouvelle génération, tels que l'avion de ligne 777X.

En outre, Boeing participe à une initiative de R&D avec le Southwest Research Institute et le National Center for Defense Manufacturing and Machining. L'objectif est d'aider l'US Air Force à développer des logiciels et des technologies pour rendre la robotique avancée réutilisable pour une variété de processus de fabrication et de maintenance aérospatiaux.

"L'un de nos principaux objectifs est de promouvoir l'adaptabilité et la flexibilité des systèmes robotiques", déclare Rick Meyers, responsable du programme d'automatisation et de robotique à la Direction des matériaux et de la fabrication du laboratoire de recherche de l'Air Force. "Cette équipe aidera à développer une technologie qui permet d'utiliser le même système dans de nombreuses applications différentes, y compris les opérations de fabrication et de maintien en puissance."

Les robots mobiles attirent également les ingénieurs d'autres industries, telles que la construction navale, les wagons, les équipements agricoles et les machines de construction.

"Ces fabricants ont été menottés par la taille et le volume de leurs produits", déclare Cam Davies, directeur du marketing produit chez Otto Motors, une division de Clearpath Robotics Inc. qui commercialise un véhicule autonome. "Il existe un grand potentiel pour tirer parti de la technologie d'automatisation qu'ils ne pouvaient pas justifier auparavant.

"Les robots mobiles peuvent connecter ensemble des îlots d'automatisation", explique Davies. "Ils permettent également aux fabricants d'optimiser l'espace au sol."

Les ingénieurs d'Otto Motors ont récemment développé un appareil de manutention autonome appelé OTTO 1500. La machine, qui présente une capacité de charge utile de 1 500 livres, est équipée de six roues, quatre roulettes et deux moteurs d'entraînement.

Il existe quatre points de montage standard pour les bras de robot, en plus des ports d'alimentation et des connexions de communication numérique. L'OTTO 1500 mesure 47 pouces de large, 71 pouces de long et peut se déplacer jusqu'à 5 mph.

Otto Motors a travaillé avec plusieurs fournisseurs de robots et intégrateurs de systèmes pour développer de nouvelles applications. Par exemple, l'entreprise a récemment équipé l'un de ses véhicules autonomes d'un robot Yaskawa à 15 axes et à deux bras.

La machine a été expédiée à l'usine de Hirotec America Inc. à Auburn Hills, MI. Le fournisseur de niveau 1 utilise l'appareil pour ramasser et tremper les pièces dans de l'oxyde noir pour les protéger contre la corrosion.

"Ils étudient également de nouvelles façons d'automatiser la maintenance de la chaîne de montage, comme le réapprovisionnement des magasins de pistolets de soudage robotisés", explique Davies. "Les robots mobiles sont un excellent moyen d'y parvenir."

De nombreux fabricants ne peuvent pas justifier leurs coûts en utilisant plusieurs robots fixes pour effectuer plusieurs tâches à plusieurs endroits. C'est pourquoi un seul robot mobile qui peut se déplacer d'une cellule de travail à l'autre en effectuant plusieurs tâches est attrayant pour les ingénieurs.

Omni Automation, une division de Control Electric Co. qui est un intégrateur de systèmes pour Fanuc, MiR et UR, a développé un module équipé d'un bras robotisé qui peut être utilisé pour récupérer des produits, effectuer des tâches de fabrication ou travailler aux côtés d'humains sur des chaînes de montage. Le TMROR comprend un robot collaboratif à six axes avec une capacité de charge utile de 10 kilogrammes.

Lorsqu'il arrive à une station d'accueil, le robot mobile communique avec l'automatisation fixe via Wi-Fi ou Bluetooth pour signaler le début du processus de production. Il fonctionne sur des batteries lithium-ion et peut effectuer des tâches avec une précision de ± 1 millimètre. Une fois le processus terminé, le robot est invité à poursuivre sa mission vers d'autres emplacements de l'usine.

"Nous appelons ces appareils des" robots sur robots "(ROR)", déclare Michael Vogt, président de Control Electric. "Nous travaillons actuellement sur un robot mobile qui servira à collecter les pièces d'une zone de production, à les charger sur des plateaux puis à les livrer à un laveur de pièces.

"L'un des avantages [de cette technologie] est qu'un seul robot peut être utilisé à plusieurs endroits pour manipuler le produit", explique Vogt. "Sinon, plusieurs robots à plusieurs endroits seraient nécessaires pour charger et décharger les [plates-formes] mobiles. Un autre avantage est que les bras de robot montés sur les AMR peuvent effectuer plusieurs tâches dans une installation, selon les besoins, au lieu d'avoir des robots dédiés pour chaque tâche.

"A l'avenir, il y aura plus de croissance dans les robots mobiles que dans les machines fixes conventionnelles", prédit Vogt. "Les robots mobiles en sont encore à leurs balbutiements. Mais la plupart des fabricants de robots conventionnels dépensent des sommes considérables en recherche pour rendre leurs bras robotiques mobiles et améliorer la sécurité des robots mobiles.

"Les intégrateurs, comme nous, investissent également de l'argent pour proposer des applications et des utilisations pour les robots mobiles", ajoute Vogt. "Au fur et à mesure que ces applications sont trouvées et qu'elles deviennent plus largement connues et acceptées, je m'attends à voir une croissance rapide des ventes de robots mobiles."

Les ingénieurs de Stäubli Robotics Corp. ont récemment développé une machine mobile appelée HelMO. Le robot est actuellement utilisé dans l'usine de l'entreprise à Bayreuth, en Allemagne. Il est utilisé pour assembler des connecteurs électriques pour les systèmes de couplage.

"Contrairement à d'autres applications robotiques mobiles qui impliquent le ferroutage, HelMo peut conduire et naviguer de manière autonome", explique Sébastien Schmitt, responsable de la division robotique chez Stäubli. "Il surveille en permanence son environnement à l'aide de trois scanners laser intégrés. Le système robotique peut soit effectuer des tâches de manière entièrement automatique à grande vitesse, soit collaborer avec des humains si nécessaire."

Le robot mobile navigue de façon autonome vers son lieu de travail, réduit sa vitesse ou s'arrête lorsque des humains s'approchent trop près, puis repart.

HelMo est basé sur un robot collaboratif TX2 à six axes, qui dispose d'une capacité de charge utile maximale de 15 kilogrammes et d'une portée de 1 200 millimètres. Une surface tactile arrête immédiatement les mouvements en cas de contact direct avec l'homme.

"Parmi les différentes tâches assignées au système, le travail d'assemblage complexe nécessite un haut degré de précision", explique Schmitt. "Le robot se positionne au dixième de millimètre près en calibrant sa position grâce à trois points de mesure installés en permanence au poste de travail.

"HelMo est le premier robot industriel [mobile] pour les applications d'assemblage", affirme Schmitt. "L'idée de base était d'utiliser un robot industriel sur différentes applications et différents lieux de travail. Pour [créer] non seulement un robot industriel sur un système AGV, notre objectif était de développer une unité robotique mobile complète composée de différents outils et dispositifs de sécurité.

"Le principal avantage du système robotique mobile est la flexibilité", ajoute Schmitt. « Le robot peut être utilisé pour des applications de pick-and-place, de logistique et de manutention. De plus, il peut être facilement intégré dans des environnements de production existants. La machine n'a besoin d'aucun guidage, tel que des réflecteurs, des fils ou des bandes magnétiques.

Une autre entreprise à la pointe de la révolution de la mobilité est KUKA Robotics Corp. En fait, elle développe la technologie depuis plus de 10 ans.

KUKA Robotics Corp. développe la technologie des robots mobiles depuis plus de 10 ans. Le premier produit commercial qu'il a lancé il y a quelques années était omniMove, une plate-forme modulaire pour le transport de charges lourdes dans des espaces restreints. L'appareil à huit roues offre une mobilité illimitée. Il est déjà utilisé par des fabricants tels qu'Airbus et Siemens.

Chaque roue peut se déplacer indépendamment des autres. Ils sont constitués de rouleaux individuels en forme de tonneau encapsulés par deux jantes fixes qui ne touchent pas le sol. En conséquence, la machine peut manœuvrer latéralement, en diagonale ou en cercle. Un robot à six axes de la série KUKA KR Quantec peut être monté sur la plate-forme.

"L'omniMove a jeté les bases des futurs concepts de robotique mobile", déclare Denise Ebenhoech, responsable régionale des applications robotiques avancées chez KUKA Robotics. "Aujourd'hui, les plates-formes omniMove sont largement utilisées, gérant des charges utiles allant de 3 tonnes à près de 100 tonnes.

"La technologie des roues omnidirectionnelles permet des mouvements très précis dans toutes les directions, ce qui réduit l'espace au sol", souligne Ebenhoech. "L'application principale est le transport de pièces volumineuses et lourdes comme celles que l'on trouve dans l'industrie aérospatiale.

" Parallèlement aux travaux sur les plateformes omniMove, nous avons également commencé à rechercher des concepts de navigation flexibles et sûrs pour les robots mobiles ", ajoute Ebenhoech. "Cela a conduit au développement de notre logiciel de navigation KUKA, qui peut être utilisé avec tous les produits mobiles."

Le logiciel utilise les données du scanner laser pour créer une carte 2D de l'environnement, similaire à un plan de rue. Grâce à cette carte, un robot mobile peut se localiser, naviguer et opérer en toute sécurité.

"Il n'y a pas besoin de marqueurs supplémentaires, de réflecteurs ou d'autres dispositifs fixes, ce qui permet d'intégrer facilement la plate-forme mobile dans les schémas de production existants", affirme Ebenhoech. "Le système peut fonctionner là où il y a d'autres obstacles mobiles, vitaux pour une utilisation dans des environnements de production réels, où des palettes ou des chariots [sont] chargés ou déchargés."

L'équipe de recherche sur la navigation a travaillé en étroite collaboration avec les ingénieurs responsables du développement du premier robot collaboratif de KUKA, le LBR iiwa.

"Léger et sûr, ce robot était le choix parfait pour être monté sur une plate-forme mobile autonome, permettant la prochaine étape technologique : le robot mobile", déclare Ebenhoech. "Le KMR iiwa est le résultat de la combinaison de toutes les meilleures technologies disponibles."

Des versions prototypes du KMR iiwa sont déjà installées et fonctionnent sur plusieurs sites de fabrication différents. La production commerciale de la machine a récemment commencé et certains fabricants sont en train d'intégrer la technologie dans leurs lignes de production.

"De plus, nous proposons le KUKA flexFELLOW, une unité robotique indépendante de l'emplacement pour le LBR iiwa qui peut être déplacée à la main là où l'automatisation est nécessaire", explique Ebenhoech. "Il sert à la fois d'armoire électrique pour le contrôleur et offre un espace pour l'intégration de composants spécifiques au client, ainsi que diverses connexions de médias."

Le flexFELLOW est conçu pour être une solution polyvalente et mobile pour les applications d'assemblage. Il peut facilement être manoeuvré en place où il est rapidement prêt à l'emploi. De plus, la machine peut travailler en toute sécurité avec des humains, même dans des espaces confinés.

L'unité de robot mobile peut également être intégrée dans des chaînes de montage existantes. Par exemple, Bosch Siemens Hausgerate GmbH utilise le flexFELLOW dans son usine d'assemblage de lave-vaisselle à Dillingen, en Allemagne, dans une application de vissage.

Les ingénieurs de Kawasaki Robotics ont développé un appareil similaire. Le robot collaboratif duAro est équipé de roulettes qui permettent de déplacer manuellement la machine sur différents postes de travail.

« Cette fonctionnalité convient aux cycles de production courts », déclare Samir Patel, directeur des produits et de l'ingénierie avancée chez Kawasaki Robotics (USA) Inc. « Le bras double de type SCARA [est idéal] pour la manipulation et le transfert de pièces entre les stations d'assemblage.

Ce type de mobilité manuelle flexible est actuellement plus populaire et moins cher que les alternatives entièrement automatisées.

En effet, certains robots collaboratifs, comme Baxter de Rethink Robotics, peuvent être montés sur des socles équipés de roulettes pour se déplacer rapidement entre les postes de travail. Les socles mobiles offrent des hauteurs réglables et des pieds de nivellement, et permettent une gestion facile des câbles pour un environnement de travail sûr et épuré.

Des fournisseurs tels que Cross Co. commercialisent des caissons à roulettes qui permettent de réduire les temps de changement. Il existe plusieurs options pour effectuer des réglages de hauteur précis. L'entreprise vend également des chariots qui peuvent être utilisés comme plates-formes de travail mobiles. Les socles et chariots mobiles sont généralement équipés de boulons ou de goupilles qui se verrouillent en place pendant l'utilisation des robots.

"Ce type de mobilité manuelle est l'utilisation la plus courante de nos robots", déclare Tomita d'UR. "En fait, l'un de nos clients appelle son robot Waldo, car il est utilisé partout dans l'usine."

Scott Fetzer Electrical Group (SFEG), une division de Scott Fetzer Co. qui produit de petits moteurs, s'est récemment tournée vers des robots mobiles pour améliorer la productivité de son usine d'assemblage à haut volume et à faible volume de Fairview, TN.

"La plupart de nos chaînes de montage ne fonctionnent pas tout le temps, donc essayer de trouver un moyen de mettre des robots sur la ligne au sens traditionnel était un grand défi", explique Matthew Bush, directeur des opérations chez SFEG. "Nous voulions construire une force robotique mobile et flexible."

Bush et ses collègues ont placé les robots UR5 et UR10 sur des socles avec des roues qui leur permettent de déployer les machines dans toute l'usine pour diverses applications. Par exemple, une machine coupe 16 000 fils par jour, un travail qui était auparavant effectué manuellement. Un autre robot est mis en place sur roues pour remplir d'époxy les circuits imprimés.

"Nous voulons avoir des robots qui attendent qu'un travail soit fait", explique Bush. "Lorsque le personnel arrive le matin, nous avons des ordres de travail imprimés pour que les employés fassent rouler les robots sur les tâches à accomplir ce jour-là."