Quand vous pensez à un robot industriel, à quoi pensez-vous ?

Les robots articulés comme ceux-ci sont largement reconnus, notamment grâce aux publicités des constructeurs automobiles et aux séquences de danse robotique. Les robots SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) sont également reconnus pour leur adoption et leur prolifération dans les usines depuis le début des années 1980. Ces deux types de robots – articulés et SCARA – combinent mouvements linéaires et rotatifs, offrant une grande maniabilité pour les tâches complexes. Les robots articulés sont analogues au bras humain, avec six axes de mouvement – ​​trois de translation (linéaires) et trois de rotation (pensez à votre épaule, votre coude et votre poignet). Les robots SCARA ont quatre axes de mouvement – ​​X, Y, Z et thêta (un peu comme votre bras, si votre épaule était immobilisée).

Moins répandus dans la culture populaire, mais omniprésents dans des applications industrielles allant du conditionnement à la fabrication de semi-conducteurs, les robots cartésiens. Comme leur nom l'indique, ces robots travaillent selon les trois axes cartésiens – X, Y et Z –, même s'ils peuvent inclure un axe thêta pour l'outillage en bout de bras. Bien que moins « sexy » que les robots articulés et SCARA, les robots cartésiens sont beaucoup plus polyvalents, avec des capacités de charge supérieures pour leur taille et, dans de nombreux cas, une meilleure précision. Ils sont également très adaptables, car leurs axes peuvent être mis à niveau ou modifiés avec relativement peu de reconfiguration pour s'adapter à l'évolution des exigences des produits ou des applications.

Les robots cartésiens sont toutefois limités par leur conception intrinsèquement en porte-à-faux, ce qui limite leur capacité de charge. Cela est particulièrement vrai lorsque l'axe le plus externe (Y ou Z) présente une course importante, ce qui entraîne un moment de charge important sur les axes porteurs. Dans les cas où de longues courses et des charges élevées sont nécessaires, un robot portique constitue la meilleure solution.

Du cartésien au portique :

Un robot portique est une variante du robot cartésien, utilisant deux axes X (ou axes de base) au lieu d'un axe unique. L'axe X supplémentaire (et parfois les axes Y et Z) permet au robot de gérer des charges et des forces plus importantes, ce qui le rend idéal pour la manipulation de charges lourdes ou le chargement et le déchargement de pièces. Chaque axe est basé sur un actionneur linéaire, qu'il s'agisse d'un actionneur « maison » assemblé par un fabricant d'équipement d'origine ou un intégrateur, ou d'un actionneur pré-assemblé par une entreprise de mouvement linéaire. Cela signifie qu'il existe une infinité d'options pour combiner vitesses élevées, courses longues, charges lourdes et précision de positionnement élevée. Les exigences spécifiques aux environnements difficiles ou à un faible niveau sonore sont facilement prises en compte, et si l'application nécessite des processus simultanés mais indépendants, les axes horizontaux peuvent être équipés de moteurs linéaires utilisant plusieurs chariots.

Les robots portiques sont généralement montés au-dessus de la zone de travail (d'où le terme courant de « portique suspendu »). Cependant, si la pièce ne se prête pas à une manipulation par le haut, comme c'est le cas des cellules et modules solaires, le portique peut être configuré pour travailler par le dessous. Si les robots portiques sont généralement considérés comme des systèmes de très grande taille, ils conviennent également aux machines plus petites, même de bureau. Comme un robot portique possède deux axes X (ou axes de base), le moment de charge présenté par les axes Y et Z, ainsi que la charge utile, sont exprimés en forces sur l'axe X. Cela augmente considérablement la rigidité du système et permet, dans la plupart des cas, aux axes d'avoir des courses et des vitesses supérieures à celles d'un robot cartésien similaire.

Lorsque deux axes sont en parallèle, il est courant qu'un seul d'entre eux soit entraîné par le moteur, afin d'éviter tout blocage dû à un léger décalage entre les deux. Au lieu d'entraîner les deux axes, un arbre de liaison ou un tube de torsion est utilisé pour transmettre la puissance du moteur au deuxième axe. Dans certains cas, le deuxième axe peut être un « galet » ou suiveur, constitué d'un guide linéaire supportant la charge, mais sans mécanisme d'entraînement. Le choix de l'entraînement du deuxième axe et de son mode dépend de la distance entre les deux axes, de leur taux d'accélération et de la rigidité de leur liaison. L'entraînement d'un seul axe sur deux réduit également le coût et la complexité du système.

Dimensionner un robot cartésien ou à portique est plus complexe que dimensionner un robot SCARA ou articulé (qui sont généralement spécifiés selon trois paramètres : portée, vitesse et précision). Cependant, les fabricants ont simplifié le processus ces dernières années en introduisant des systèmes préconfigurés et des outils en ligne, tels que le configurateur EasySelect de Rexroth ou le générateur de modules linéaires 3D d'Adept. Ces outils permettent de spécifier l'orientation et la taille des axes, ainsi que les paramètres de base de course, de charge et de vitesse. Les fichiers CAO téléchargeables sont également proposés en standard par les fabricants de robots cartésiens et à portique, ce qui facilite leur intégration dans une conception ou un flux de travail, à l'instar des robots SCARA et articulés. Si les robots articulés et SCARA sont facilement reconnaissables et que les robots cartésiens sont largement déployés, la conception à portique surmonte leurs limites inhérentes en termes de charge, de vitesse, de portée et de répétabilité, avec un niveau de personnalisation et de flexibilité inégalé. En bref, les robots à portique offrent la meilleure combinaison de charge utile et de course.