Composants fondamentaux des robots industriels

I. Le corps principal

Le corps principal d'un robot industriel est constitué de la base et des mécanismes d'actionnement, dont le bras, l'avant-bras, le poignet et la main, formant un système mécanique à plusieurs degrés de liberté. Certains robots sont également équipés d'un mécanisme de marche. Les robots industriels peuvent avoir jusqu'à 6 degrés de liberté ou plus, le poignet ayant généralement de 1 à 3 degrés de liberté.

II. Le système d'entraînement

Les systèmes d'entraînement des robots industriels sont classés en deux catégories : hydraulique, pneumatique et électrique, selon la source d'énergie. Ils peuvent être combinés pour former un système d'entraînement combiné selon les besoins. De plus, des dispositifs de transmission mécaniques tels que des courroies dentées, des roues et des engrenages peuvent être utilisés pour l'entraînement indirect. Le système d'entraînement, composé du moteur et du mécanisme de transmission, est responsable des mouvements des mécanismes d'actionnement. Chacun de ces systèmes d'entraînement fondamentaux possède ses propres caractéristiques, les systèmes d'entraînement électriques étant désormais les plus répandus.

Grâce à l'adoption généralisée des servomoteurs CA et CC à faible inertie et couple élevé, ainsi que des servovariateurs correspondants (tels que les convertisseurs de fréquence et les modulateurs de largeur d'impulsion CC), ces systèmes ne nécessitent aucune conversion d'énergie et offrent un contrôle pratique et flexible. La plupart des moteurs sont équipés de mécanismes de transmission précis : les réducteurs.

Ces réducteurs utilisent des convertisseurs de vitesse pour ralentir la rotation du moteur à la vitesse souhaitée, obtenant ainsi un couple de sortie plus élevé, réduisant ainsi la vitesse et augmentant le couple. Lorsque la charge est importante, augmenter simplement la puissance du servomoteur n'est pas rentable ; le couple de sortie peut être amélioré dans une plage de vitesse appropriée grâce à un réducteur. L'existence de moteurs réducteurs de précision permet au servomoteur de fonctionner à une vitesse adaptée, améliorant ainsi la rigidité du système mécanique tout en délivrant un couple plus élevé.

III. Le système de contrôle

Le système de contrôle d'un robot est son cerveau et le principal facteur déterminant ses capacités. Il envoie des signaux de commande aux systèmes d'entraînement et d'actionnement selon le programme d'entrée et assure le contrôle. La principale fonction de la technologie de contrôle des robots industriels est de contrôler l'amplitude de mouvement, la posture, la trajectoire et le timing des mouvements du robot dans l'espace de travail. Il se caractérise par une programmation simple, un fonctionnement par menu logiciel, une interface homme-machine conviviale, des invites de commande en ligne et une utilisation facile.

Le système de contrôle est au cœur du robot, et des entreprises étrangères mènent des expériences en Chine. Ces dernières années, grâce au développement de la microélectronique, les performances des microprocesseurs ont augmenté, tandis que leur prix a baissé. Aujourd'hui, le marché propose déjà des microprocesseurs 32 bits pour 1 à 2 dollars américains. Les microprocesseurs performants et économiques offrent de nouvelles perspectives de développement pour les contrôleurs de robots, permettant ainsi de concevoir des contrôleurs économiques et performants. Pour garantir des capacités de calcul et de stockage suffisantes, les contrôleurs de robots utilisent désormais souvent des puces puissantes telles que les séries ARM, DSP, POWERPC et Intel.

L'incapacité des puces génériques existantes à répondre pleinement aux exigences de certains systèmes robotiques en termes de prix, de performances, d'intégration et d'interfaces a conduit à une demande croissante de technologie SoC (System on Chip) pour les systèmes robotiques. L'intégration de processeurs spécifiques aux interfaces requises peut simplifier la conception des circuits périphériques, réduire la taille du système et diminuer les coûts. Par exemple, Actel Corporation intègre des cœurs de processeur NEOS ou ARM7 à ses produits FPGA, formant ainsi un système SoC complet. Dans le domaine des contrôleurs robotiques, la recherche se concentre principalement aux États-Unis et au Japon, avec des produits matures tels que Delta Tau (États-Unis) et Yaskawa Electric Corporation (Japon). Leurs contrôleurs de mouvement sont basés sur la technologie DSP et adoptent une architecture ouverte basée sur PC.

IV. Le système de perception

Il se compose de modules de capteurs internes et externes pour capturer des informations significatives sur les états environnementaux internes et externes.

Capteurs internes : Les capteurs utilisés pour détecter l'état du robot (comme l'angle entre les bras) sont principalement des capteurs de position et d'angle. Il s'agit notamment de capteurs de position et d'angle.

Capteurs externes : capteurs utilisés pour détecter l'environnement dans lequel se trouve le robot (détection d'objets, distance par rapport à ces objets, etc.) et les conditions (détection d'un glissement de l'objet saisi, par exemple). Il s'agit notamment de capteurs de distance, de vision et de force.

L'utilisation de systèmes de détection intelligents améliore la mobilité, la praticité et l'intelligence des robots. Les systèmes de perception humains rendent les robots plus agiles et, pour certaines informations spécifiques, les capteurs peuvent être plus efficaces que les systèmes de perception humains.

V. Effecteurs terminaux

Les effecteurs terminaux sont les composants reliés à la dernière articulation du bras mécanique. Ils servent généralement à saisir des objets et à se connecter à d'autres mécanismes pour effectuer les tâches requises. Dans la fabrication de robots, les effecteurs terminaux ne sont généralement ni conçus ni commercialisés ; la plupart du temps, seule une simple pince est fournie. Habituellement, les effecteurs terminaux sont montés sur la bride du 6e axe du robot pour effectuer des tâches dans un environnement donné, telles que le soudage, la peinture, le collage, ainsi que le chargement et le déchargement de pièces, qui nécessitent l'intervention du robot.