Les opérations de fabrication et de conditionnement qui nécessitent une manutention manuelle de matériaux ou de pièces peuvent bénéficier immédiatement de l'automatisation grâce à des robots cartésiens à grande course dotés d'outils de préhension personnalisés et de capacités de détection avancées. Ces robots peuvent assister diverses machines pour réaliser des tâches habituellement manuelles, telles que l'alimentation des machines ou le transfert de pièces en cours de fabrication.

Les robots cartésiens sont composés d'au moins deux étages de positionnement linéaire coordonnés… De ce fait, ils ne sont pas forcément la première chose à laquelle pense un ingénieur concepteur novice en automatisation. Beaucoup assimilent les robots cartésiens aux systèmes robotiques à six axes et bras articulés que l'industrie utilise de plus en plus dans les usines. Même des ingénieurs en automatisation expérimentés peuvent négliger les robots cartésiens, en se concentrant sur les modèles à six axes. Pourtant, ignorer les avantages d'un système cartésien à grande course peut s'avérer une erreur coûteuse, notamment dans les applications exigeant du robot qu'il :

1. Gérer plusieurs machines

2. Atteindre de grandes longueurs

3. Effectuer des opérations simples et répétitives.

Le problème des robots à six axes

À juste titre, les robots à bras articulés sont omniprésents dans de nombreuses installations de fabrication et de conditionnement automatisées, notamment dans l'assemblage électronique et l'industrie médicale. Correctement dimensionnés, ces bras robotisés peuvent manipuler des charges importantes et réaliser diverses tâches automatisées grâce à un programme (et à la possibilité de changer l'outillage en bout de bras). Cependant, les robots à six axes peuvent s'avérer coûteux et nécessitent une forte densité de robots. Autrement dit, une installation aura probablement besoin d'un robot pour chaque ou deux machines de conditionnement. Certes, il existe des robots à six axes plus grands et plus onéreux, capables de desservir plusieurs machines, mais même ces solutions restent sous-optimales car elles obligent les ingénieurs à positionner les machines autour d'un seul robot très volumineux. Les robots à bras articulés requièrent également des dispositifs de sécurité, occupent un espace précieux au sol et nécessitent une programmation et une maintenance assurées par du personnel qualifié.

Plaidoyer pour les systèmes linéaires cartésiens à long parcours

Les robots cartésiens surpassent largement les robots à six axes, notamment parce qu'ils réduisent la densité de robots requise. En effet, un seul robot de transfert cartésien à grande course peut desservir plusieurs machines sans qu'il soit nécessaire de les réorganiser autour de lui.

Les robots de transfert installés au-dessus des machines qu'ils manipulent n'occupent aucun espace au sol, ce qui réduit d'autant les besoins en matière de sécurité. De plus, les robots cartésiens nécessitent peu de programmation et de maintenance après leur installation initiale.

Il convient toutefois de noter que les capacités des systèmes robotiques cartésiens varient considérablement. En effet, une recherche en ligne sur les robots cartésiens révélera de nombreux systèmes plus petits, optimisés pour les opérations de prélèvement et de placement sur des machines de production ou d'assemblage. Il s'agit essentiellement de plateformes linéaires intégrées à des solutions cartésiennes standard, très différentes des robots de transfert utilisés dans des opérations de plus grande envergure et qui doivent répondre aux paramètres suivants.

Longs voyages :Tout robot acheté pour entretenir plusieurs machines de grande taille doit avoir une course d'au moins 15 mètres.

Outillage multiple pour chariots et extrémités de bras sur mesure :Les robots de transfert long sont particulièrement efficaces lorsqu'ils sont équipés de plusieurs chariots à actionnement indépendant se déplaçant le long de l'axe principal, permettant ainsi à un robot cartésien donné d'effectuer le travail de plusieurs. Cette productivité est encore accrue grâce à des outils spécialement conçus pour manipuler les marchandises plus efficacement que les outils de manutention standard tels que les ventouses ou les pinces à doigts. Dans de nombreux cas, des outils de manutention sur mesure peuvent également simplifier la conception des systèmes de manutention fonctionnant conjointement avec le robot cartésien.

Architecture de contrôle simplifiée :Certains robots cartésiens récents abandonnent les architectures de commande traditionnelles basées sur des moteurs, des variateurs et des contrôleurs séparés au profit de servomoteurs intégrés (avec servovariateurs), éliminant ainsi le besoin d'une armoire électrique. Les applications robotiques cartésiennes les plus complexes peuvent encore exiger une architecture traditionnelle… mais les servomoteurs intégrés gèrent efficacement les exigences de contrôle de mouvement point à point de la plupart des robots cartésiens. Lorsque l'ingénieur concepteur peut utiliser des servomoteurs intégrés, ces derniers contribuent à maximiser les avantages économiques d'une automatisation cartésienne.

Utilisation sélective :Comme les robots cartésiens sont montés au-dessus ou derrière les machines qu'ils surveillent, ils permettent également aux utilisateurs de faire fonctionner ces machines manuellement en cas de besoin, par exemple pour une courte série d'une dimension spécifique. Cette utilisation sélective est difficile avec les robots six axes montés au sol qui peuvent bloquer l'accès aux machines.

Exemple spécifique de robot cartésien

Certains robots cartésiens offrent des courses supérieures à 15 mètres tout en atteignant des vitesses de 4 m/s. Les chariots standard peuvent être équipés d'une transmission par double courroie ; d'autres chariots comportent une courroie d'entraînement supérieure enroulée en boucle. Cette dernière évite l'affaissement de la courroie dans les configurations inversées ou en porte-à-faux et permet à plusieurs chariots indépendants de fonctionner simultanément sur un axe.

Les courroies longues compliquent la conception des robots cartésiens, car elles réduisent la rigidité de la transmission (et donc les performances). En effet, maintenir une tension constante sur de longues courroies est difficile… et, pour ne rien arranger, cette tension est asymétrique et variable. De ce fait, les courroies de recirculation longues constituent une solution peu performante, délicate et coûteuse pour un positionnement précis.

À l'inverse, les systèmes linéaires à moteur mobile maintiennent des courroies courtes et tendues, logées à l'intérieur du chariot, afin de répondre aux commandes transmises par codeur. La précision est ainsi préservée quelle que soit la longueur du système de transfert cartésien, qu'elle soit de 4 m ou de 40 m.

Exemple d'application dans l'industrie de l'emballage

Les unités de transfert robotisées cartésiennes à longue course fonctionnent dans les applications d'alimentation, de mise en carton et de formation de plateaux et peuvent gérer les opérations de palettisation et de dépalettisation.

Prenons l'exemple du conditionnement de produits agricoles. Récemment, pour une entreprise de conditionnement agricole de la vallée centrale de Californie, un fabricant a fourni des robots de transfert à grande course, parfaitement intégrés au système de formage de barquettes IPAK existant. Chaque robot alimente simultanément jusqu'à quatre machines avec des feuilles de carton ondulé empilées. Ces robots portiques à trois axes sont équipés de plateformes à servomoteurs linéaires robustes entraînées par courroie, offrant des courses illimitées, des chariots à déplacement indépendant et la possibilité d'orienter la plateforme dans n'importe quelle position. L'axe le plus long de l'un de ces robots parcourt la rangée de formeuses de barquettes sur une course de plus de 15 mètres.

Pour alimenter les quatre machines de formage de plateaux en feuilles de carton ondulé, un robot prélève d'abord une charge de carton sur un quai spécialement conçu pour stocker les palettes de feuilles. Le robot achemine ensuite cette charge vers chaque machine. Grâce à sa vitesse (jusqu'à 4 m/s), il peut facilement gérer les quatre machines, même à une cadence de production de 35 plateaux par minute.

Le système de protection utilise des portails coulissants aériens et des capteurs qui s'élèvent des machines surveillées pour encadrer le robot selon les besoins, offrant ainsi une solution moins coûteuse que celle des robots à six axes montés au sol.

Ce système comprend également toutes les commandes et les outils de préhension personnalisés, capables de gérer des piles de feuilles de carton ondulé dont la hauteur et le poids sont variables et imprévisibles. L'outillage supporte des charges utiles jusqu'à 50 kg sans problème. Cette solution libère les opérateurs qui devaient auparavant soulever des paquets de carton des palettes et se pencher pour les insérer dans les machines de formage. L'automatisation de ces tâches permet au personnel de se concentrer sur des travaux moins pénibles. Les grands robots de transfert ne sont qu'un exemple des possibilités offertes par les systèmes robotiques cartésiens dans le secteur de l'emballage. Certains fournisseurs ont également développé des systèmes de palettisation et de dépalettisation basés sur des approches cartésiennes similaires. Tous ces robots utilisent trois étages linéaires équipés de capteurs, de commandes et d'outils de préhension pour une automatisation de l'emballage optimale.