Quand vous pensez à un robot industriel, qu'est-ce qui vous vient à l'esprit ?

Les robots articulés, comme ceux-ci, sont largement connus, notamment grâce aux publicités des constructeurs automobiles et aux séquences de danse robotique. Les robots SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) sont également bien connus du fait de leur adoption et de leur large diffusion dans les usines depuis le début des années 1980. Ces deux types de robots – articulés et SCARA – combinent mouvements linéaires et rotatifs, ce qui leur confère 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 (comme l’épaule, le coude et le poignet). Les robots SCARA possèdent quatre axes de mouvement : X, Y, Z et thêta (un peu comme le bras, si l’épaule était immobilisée).

Moins présents dans la culture populaire, mais omniprésents dans les applications industrielles, de l'emballage à la fabrication de semi-conducteurs, les robots cartésiens fonctionnent, comme leur nom l'indique, selon les trois axes cartésiens (X, Y et Z), auxquels ils peuvent ajouter un axe thêta pour les outils en bout de bras. Moins « glamour » que les robots articulés et SCARA, les robots cartésiens sont bien plus polyvalents : ils offrent des capacités de charge supérieures pour une taille comparable et, dans de nombreux cas, une meilleure précision. Leur grande adaptabilité est également un atout majeur, car leurs axes peuvent être mis à niveau ou modifiés avec une reconfiguration relativement simple afin de répondre à l'évolution des besoins des produits ou des applications.

Les robots cartésiens, de par leur conception intrinsèque en porte-à-faux, sont limités dans leur capacité de charge. Cela est particulièrement vrai lorsque l'axe extérieur (Y ou Z) présente une grande course, induisant un moment de force important sur les axes porteurs. Dans les cas où de grandes courses et des charges élevées sont nécessaires, un robot portique constitue la solution optimale.

Du cartésien au portique :

Un robot portique est une variante de robot cartésien, utilisant deux axes X (ou axes de base) au lieu d'un seul. L'axe X supplémentaire (et parfois les axes Y et Z supplémentaires) permet au robot de supporter 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 repose sur un actionneur linéaire, qu'il s'agisse d'un actionneur conçu sur mesure et assemblé par le fabricant ou l'intégrateur, ou d'un actionneur pré-assemblé provenant d'une entreprise spécialisée dans les systèmes de mouvement linéaire. Il existe ainsi une quasi-infinité d'options permettant de combiner vitesses élevées, grandes courses, charges importantes et précision de positionnement élevée. Les exigences spécifiques liées aux environnements difficiles ou au faible niveau sonore sont facilement intégrées. De plus, si l'application requiert des processus simultanés mais indépendants, les axes horizontaux peuvent être construits avec des moteurs linéaires et plusieurs chariots.

Les robots portiques sont généralement montés au-dessus de la zone de travail (d'où l'appellation courante de « portique aérien »). Cependant, si la pièce ne se prête pas à une manipulation par le haut, comme c'est le cas pour les cellules et modules solaires, le portique peut être configuré pour travailler par le dessous. Bien que les robots portiques soient généralement perçus comme des systèmes de grande taille, ils conviennent également à des machines plus petites, voire de la taille d'un ordinateur de bureau. Un robot portique possédant deux axes X (ou axes de base), les moments de force induits par les axes Y et Z, ainsi que la charge utile, sont convertis en forces agissant sur les axes X. Ceci accroît considérablement la rigidité du système et permet, dans la plupart des cas, d'obtenir des courses plus importantes et des vitesses de déplacement supérieures à celles d'un robot cartésien similaire.

Lorsqu'il y a deux axes en parallèle, il est courant qu'un seul soit entraîné par le moteur, afin d'éviter tout blocage dû à un léger déphasage entre les deux. Au lieu d'entraîner les deux axes simultanément, un arbre de liaison ou un tube de poussée est utilisé pour transmettre la puissance du moteur au second axe. Dans certains cas, ce second axe peut être un axe libre ou suiveur, constitué d'un guidage linéaire assurant le support de la charge, mais sans mécanisme d'entraînement. Le choix d'entraîner ou non le second axe, et le mode d'entraînement, dépendent de la distance entre les deux axes, de la vitesse d'accélération et de la rigidité de la liaison entre eux. N'entraîner qu'un seul axe sur une paire permet également de réduire le coût et la complexité du système.

Le dimensionnement d'un robot cartésien ou portique est plus complexe que celui d'un robot SCARA ou articulé (généralement spécifié par trois paramètres : portée, vitesse et précision). Cependant, les fabricants ont simplifié le processus ces dernières années grâce à l'introduction de systèmes préconfigurés et d'outils en ligne, tels que le configurateur EasySelect de Rexroth ou le générateur de modules linéaires 3D d'Adept. Ces outils permettent à l'utilisateur 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 portiques, facilitant ainsi 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 les robots cartésiens largement déployés, la conception portique surmonte leurs limitations intrinsèques en termes de charge, de vitesse, de portée et de répétabilité, grâce à un niveau de personnalisation et de flexibilité inégalé. En résumé, les robots portiques offrent le meilleur compromis entre charge utile et course.