ROBOTS

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Le robot industriel

Les différents composants

Structure mécanique

Le robot industriel est essentiellement un système mécanique articulé qui peut positionner et orienter un outil porté par son extrémité, de manière quelconque et désirée, dans un certain volume qu'on nomme espace atteignable du robot. Cet espace est celui qui est balayé par les articulations.

Les articulations peuvent être disposées en série (robot série, qui peut évoquer la structure d'un bras humain) ou en parallèle (robot parallèle). Le plus souvent, ce squelette possède six degrés de liberté : les trois premiers permettent le positionnement et constituent le « porteur » du robot ; les trois derniers forment l'organe terminal du robot et donnent la faculté d'orientation. Le porteur peut présenter plusieurs géométries en fonction du choix de la nature des articulations (translation ou rotation). L'organe terminal porte l'outil de travail qui dépend des tâches que l'on désire réaliser. Il s'agit souvent de pinces à deux ou trois doigts que l'on nomme préhenseurs. La plupart du temps, ces préhenseurs sont amovibles et peuvent être remplacés à la demande par d'autres outils (perceuse, ponceuse...).

Architecture Scara

Dessin : Architecture Scara

Les cinq architectures de porteurs les plus courantes. Dans l'architecture Scara, les deux derniers degrés de liberté s'effectuent autour de deux axes parallèles. Le terme de Scara vient du nom du groupe de laboratoires japonais qui ont travaillé en collaboration et ont proposé cette... 

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Source d'énergie et motorisation

Pour animer ce squelette, il faut bien entendu le doter de moteurs, appelés actionneurs, qui doivent entraîner les articulations. Ils peuvent exploiter une énergie d'origine pneumatique, hydraulique ou électrique ; chaque type, associé à sa source d'énergie, a ses avantages et ses inconvénients vis-à-vis des critères d'utilisation prévus pour le robot.

L'énergie pneumatique présente quelques attraits : elle est disponible dans les ateliers, sa mise en œuvre est simple, le fluide n'est pas polluant, elle est bon marché et la maintenance des systèmes pneumatiques est aisée. Mais elle possède des défauts non négligeables : les actionneurs sont bruyants et le fluide est compressible, ce qui rend très délicate la réalisation d'asservissements dans leur commande. On rencontre des actionneurs pneumatiques sur les robots (ou manipulateurs) dits séquentiels, c'est-à-dire ceux dont les articulations se déplacent d'une position sur butée à une autre position sur butée sans possibilité d'arrêt intermédiaire. Les outils portés par les organes terminaux des robots sont souvent aussi à motorisation pneumatique (pince, perceuse...).

L'énergie hydraulique est celle qui développe la force ou la puissance la plus grande par unité de volume ou de poids d'actionneur. On la rencontre sur les robots devant déplacer des charges supérieures au millier de newtons (100 kg). Elle nécessite la présence d'une centrale onéreuse et a posé des problèmes d'étanchéité et de tuyauteries d'alimentation au niveau des articulations du robot, aujourd'hui bien résolus. En effet, compte tenu des pressions de fluide utilisées, les tuyaux deviennent rigides et introduisent des couples parasites s'opposant au déplacement des articulations.

L'énergie électrique rencontre en général la faveur des utilisateurs ainsi que celle des constructeurs de robots, surtout pour des charges inférieures à 1000 newtons, mais maintenant même bien au dessus. Il n'existe pas de pollution ou de fuite ; la commande peut être précise et fiable grâce à des asservissements robustes ; l'électricité, enfin, est présente partout.

Les actionneurs pneumatiques se présentent sous forme de vérins linéaires, ou même rotatifs, alimentés via des distributeurs à clapet ou à tiroir monovoie ou multivoie. Il en est de même pour les actionneurs hydrauliques où l'on rencontre des vérins linéaires à simple ou double effet ou à effet différentiel, ainsi que des moteurs rotatifs accompagnés de leurs servovalves. La plupart des types de moteur électrique ont été testés sur les robots. Les moteurs pas à pas, a priori attrayants parce que semblant à l'avance numérisés, sont très difficiles à maîtriser, car ils sont sujets à une influence considérable de la charge transportée, instables aux basses fréquences et nécessitant une commande onéreuse. On leur préfère les moteurs à courant continu à aimant permanent dont le couple de sortie, indépendant de la position et de la vitesse du rotor, permet une intégration aisée au sein de boucles classiques d'asservissement.

Les transmissions assurent le lien entre les sorties mobiles des actionneurs et les articulations à mouvoir. De nombreuses techniques sont utilisées : câbles, rubans métalliques, chaînes, [...]

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Architecture Scara

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Robots : schéma de principe

Robots : schéma de principe
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Écrit par :

  • : membre de l'Académie des technologies, ancien directeur de recherche au C.N.R.S.

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Pour citer l’article

Philippe COIFFET, « ROBOTS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 19 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/robots/