Qu'est-ce qu'un robot articulé? | 5+ applications importantes | SCARA

Robot articulé

Crédits d'image: KUKA Roboter GmbH, Bachmann, Robot KUKA pour la manipulation de verre plat, marqué comme domaine public

Le sujet de discussion: le robot articulé et ses caractéristiques

Robot articulé | Bras de robot articulé

Définition du robot articulé

Dans les environnements industriels, les robots articulés sont le type de robot le plus courant. Le bras de robot à articulations rotatives est appelé bras de robot articulé. Dans l'univers de la robotique, ces articulations sont appelées axes. Ces robots sont généralement entraînés par des servomoteurs et peuvent être aussi essentiels qu'une configuration à deux axes ou aussi complexes que dix axes ou plus. Quatre à six axes sont courants en robotique industrielle, six axes étant les plus courants.

Pour le dire autrement, ce type de robot possède des articulations rotatives (par exemple, un robot à pattes ou un robot industriel). Des structures simples à deux articulations à des dispositifs de dix articulations et matériaux communicants ou plus sont des exemples de robots articulés. Les moteurs électriques sont l'une des nombreuses sources d'électricité pour eux. Vous trouverez ci-dessous un exemple de Bras robotique.

robot articulé
Bras de robot articulé; Source de l'image: KUKA Roboter GmbH, Bachmann, Pièces de construction de pont de coupe robotique

Qui a inventé le robot articulé?

Victor Scheinman, professeur à l'Université de Stanford, a inventé le bras de Stanford en 1969. Il s'agissait d'un robot articulé à 6 axes entièrement alimenté par l'électricité. Grâce à cette nouvelle technologie, les industriels utiliseront désormais la robotique pour les activités d'assemblage et de soudage. Il a ensuite vendu ses idées à Unimation, qui a travaillé avec General Motors pour les construire.

Conception de robot articulé | Configuration du robot articulé

Les articulations du robot sont appelées axes, et chaque axe a un degré supplémentaire d'indépendance, se référant aux mouvements individuels du robot. Les axes sont généralement connectés en chaîne pour permettre à chacun de supporter une structure de robot plus loin sur la ligne.

Robot articulé verticalement

La construction du robot commence par une fondation orientée verticalement qui abrite le premier joint, d'où l'autre nom de robot articulé verticalement. Ce premier joint tournant relie le corps principal du robot au sol. Une autre articulation révolutionnaire attache l'épaule au corps du robot et y est verticale et une articulation révolutionnaire parallèle est située à l'extrémité de l'épaule du robot, qui relie l'épaule au bras du robot.

À l'extrémité du bras, d'autres articulations sont utilisées pour connecter le poignet du robot à l'effecteur terminal. Comme le FANUC M-10ia, cette structure robotique est conçue pour ressembler étroitement à un bras humain. Les servomoteurs du robot contrôlent la rotation de chaque axe, permettant une précision et une vitesse. Cela a plus de degrés de liberté que tout autre type de robot, c'est pourquoi ils sont si populaires auprès des fabricants et leur amplitude de mouvement accrue ressemble étroitement à celle d'un humain, ce qui les rend adaptés aux chaînes de montage.

Ils permettent également une plus grande polyvalence dans le processus de fabrication. En raison de leur capacité à effectuer plusieurs mouvements, ils sont plus adaptables aux améliorations de l'environnement de fabrication ou des pièces. L'amélioration du mouvement donne au robot une enveloppe de travail plus étendue, lui permettant de traiter une plus large gamme de pièces, des plus petites aux plus massives.

Comment fonctionnent les robots articulés?

Les robots articulés à 6 axes les plus couramment utilisés peuvent se déplacer vers n'importe quel point de l'enveloppe opérationnelle de manière articulée et interpolée.

Système de commande de bras de robot articulé

Un problème cinématique résultant de la non-linéarité de la configuration du bras est l'un des défis les plus importants dans le fonctionnement d'un bras robotique articulé. Pour le dire autrement, la non-linéarité entre l'état de la main du robot (c'est-à-dire son emplacement et son orientation) et l'état des articulations (c'est-à-dire leurs angles de rotation) rend les transformations de coordonnées plus difficiles. En raison de cette non-linéarité, il y a quelques points singuliers dans l'espace d'états des articulations où le degré de liberté de la main du robot est diminué, ce qui ajoute encore à la complexité du problème.

La redondance, a-t-on dit, résoudra avec succès le problème de la singularité tout en augmentant la stabilité et la fonctionnalité du robot.

Le contrôle de la trajectoire du bras du robot peut être compris à partir du Section cinématique du robot et l'approche discutée peut être appliquée à toute conception de bras de robot classique.

Espace de travail robot articulé | Enveloppe de travail du robot articulé

L'enveloppe de fonction de tout robot industriel est une considération importante lors de la détermination de son utilité. L'un des principaux avantages desdits bras de robot est qu'ils peuvent utiliser la majeure partie de leur enveloppe de travail et la seule partie de l'enveloppe qu'ils ne peuvent pas utiliser est l'arrière, qui abrite les câbles.

D'autre part, certaines architectures actuelles ont des câbles d'alimentation et de données acheminés en interne, ce qui résout ce problème et permet au bras du robot d'utiliser tout le champ de portée. Même le robot articulé le plus simpliste optimisera l'espace disponible grâce à son empreinte au sol de l'usine, quelle que soit la façon dont les câbles sont acheminés. C'est un avantage énorme pour les usines qui doivent penser à des choses comme le flux de production, la protection et l'espace au sol.

Exemples de robots articulés

Robot articulé à 5 axes

Bras de robot à 5 axes F XNUMXRSTER; Source de l'image: Industrie directe

Robot articulé à 6 axes

Bras de robot à 6 axes FANUC; Source de l'image: PhasmatisnoxRobot de soudage FANUC atteignantCC BY 3.0

À quoi servent les robots articulés? | Applications de robot articulé

Ces robots offrent une flexibilité en raison du large éventail de tâches qu'ils peuvent effectuer. Le soudage à l'arc, le traitement des matériaux, l'assemblage, la transition des composants, le prélèvement et le placement, l'emballage, le remplissage du système et la palettisation ne sont que quelques-unes des applications disponibles. De nombreux robots tels que le FANUC R-2000ib / 125L, peuvent effectuer diverses tâches.

Pain de palettisation de bras de robot; Source de l'image: KUKA Roboter GmbH, Bachmann, Palettisation de la robotique d'automatisation d'usine de pain

De nombreuses sociétés de robotique, dont les plus connues sont FANUC, Yaskawa Motoman, ABB et KUKA, et la majorité des robots de ces sociétés sont articulés, et les versions populaires incluent l'ABB IRB 2600 et le Motoman HP20. FANUC est mieux connu pour ses puissants robots articulés à six axes, tels que la gamme R-2000iA, qui ont aidé l'entreprise à rester au sommet de la communauté robotique.

Même si de nouvelles formes de robots ont été introduites en raison des progrès technologiques, ces robots ont conservé leur place dans l'environnement automobile en améliorant les processus de production.

Les utilisations typiques des robots articulés à 6 axes dans l'automatisation du moulage de plastique comprennent:

  • Prélèvement et traitement automatisés des pièces.
  • Décoration automatisée dans le moule (IMD) et marquage dans le moule (IML).
  • Automatisez le processus de chargement.
  • Surmoulage automatisé (transfert presse à presse).
  • Lignes d'assemblage automatisées.
  • Empilage et tri automatisés.
  • Inspection automatisée.
  • Automatisation des processus de support.

Avantages et inconvénients du robot articulé

Avantages du robot articulé

Les robots articulés à 6 axes sont faciles à aligner sur différents plans, sont simples à contrôler et à gérer, et peuvent être rapidement redéployés pour l'automatisation du moulage par injection plastique sur une variété de types et de tailles de machines de moulage par injection, ainsi que pour une variété de machines de moulage par injection en amont. et les applications en aval.

Le phénomène de singularité se produit lorsque les articulations du robot correspondent. Avec des options de montage vertical, incliné, mural ou inversé, l'installation est incroyablement polyvalente. Il intègre des fonctionnalités de mise en réseau, avec des liaisons Ethernet et série en standard. La réutilisabilité de tels robots est un autre argument à tourner.

Inconvénients du robot articulé

La vitesse de ces robots est l'un de leurs inconvénients. Ils ne sont pas aussi efficaces que d'autres types de robots qui peuvent effectuer des tâches à un rythme élevé. En raison de leurs articulations et degrés de liberté variés, ces robots nécessitent une cinématique complexe pour contrôler leur mouvement. Ils ont également une densité de composants plus élevée, ce qui crée une barrière inertielle qui doit être résolue avec n'importe quelle transition de direction. Si la vitesse est une considération essentielle dans l'étude coûts-avantages d'une usine, ce type de robots n'est peut-être pas la meilleure option.

Bras de robot articulé à conformité sélective | SCARA Robot

Un robot SCARA (la forme complète est «Bras de robot d'assemblage à conformité sélective» ou «Bras de robot articulé à conformité sélective») est un robot industriel. Son bras est partiellement conforme dans la direction XY mais se fixe dans la direction «Z» en raison de la configuration de l'articulation à axe parallèle du SCARA, d'où le terme: conforme sélectif est appliqué ici.

La conformité en robotique fait référence à la capacité d'un robot à déplacer une ou plusieurs articulations. Un robot conforme peut céder à votre toucher si vous appuyez dessus. Il ne va pas riposter ou rester là-bas. Les SCARA sont flexibles dans la direction XY mais rigides dans le Z. Cela leur permet plus de stabilité, ce qui est particulièrement utile pour les tâches d'assemblage qui nécessitent de l'obéissance, telles que la mise d'une cheville dans un trou.

La deuxième caractéristique du SCARA est sa structure de bras articulés à deux maillons, qui est identique à notre corps humain. Ainsi, le mot «articulé». Cette fonction permet au bras de s'étirer dans des espaces restreints avant de se rétracter ou de «se replier» et de s'éloigner. Ceci est utile pour déplacer des pièces d'une cellule à une autre ou pour charger et décharger des stations de traitement fermées.

Robot KUKA KR10 SCARA; Source de l'image: Jo Teichmann, Robot industriel KUKA KR10 SCARA

Les robots SCARA sont souvent utilisés dans les procédures d'assemblage où de petits robots sont utilisés. La conformité est obtenue en utilisant un seul plan avec deux joints parallèles. Cette conformité sélective garantit que bien qu'il soit rigide le long de l'axe Z, il est flexible le long des axes XY. En raison de leur caractère atypique, les robots SCARA peuvent effectuer un large éventail de tâches de manutention.

Configuration SCARA; Source de l'image: Nikola SmolenskiConfiguration SCARACC BY-SA 3.0

La construction d'un robot SCARA est constituée de la jonction de deux bras robotiques, qui sont connectés au milieu. Deux moteurs autonomes alimentent les mouvements XY d'un robot SCARA. Ces moteurs utilisent des techniques d'interpolation et de cinématique inverse pour guider les actions automatisées autour de ces axes.

SCARA vs robot articulé

Alors que les coûts de main-d'œuvre augmentent et que la concurrence des sites à bas salaires à l'étranger s'intensifie, le besoin d'automatisation et de robotique devient de jour en jour plus extraordinaire. Simultanément, les cycles de vie des produits se raccourcissent et la demande de personnalisation et, par conséquent, la complexité des composants augmentent. La meilleure façon de garantir la productivité de la fabrication et la qualité sonore consiste à utiliser une automatisation flexible et régulée. Le processus d'assemblage est désormais plus rapide, plus efficace et plus précis qu'il ne l'a jamais été, grâce aux progrès de l'automatisation en général et de la robotique en particulier.

Le bras de robot SCARA à 4 axes, capable de déplacer la coordonnée XYZ à l'intérieur de son enveloppe de travail, est actuellement la solution robotique la plus courante pour l'assemblage. La rotation du poignet sert de quatrième axe de mouvement et les articulations rotatives à 3 axes parallèles comprennent les mouvements X, Y et de roulis. Au poignet ou dans la fondation, le mouvement vertical en Z est généralement un axe linéaire distinct.

Les robots SCARA sont généralement utilisés dans deux opérations d'assemblage dimensionnelles où la dernière étape est un simple mouvement vertical pour attacher réellement le composant. L'insertion de composants sur des cartes de circuits imprimés est un exemple autre que celui-ci, ils sont largement utilisés pour le pick-and-place, les travaux d'emballage et les installations d'assemblage.

Lorsque des pièces pénètrent dans la cellule du robot sous un angle, il faut faire quelque chose avec des SCARA pour rendre la pièce lisse, proportionnée à plus d'argent et plus de machines. On peut utiliser le robot pour ramasser et réorienter le composant en raison de la dextérité du robot articulé verticalement. La robotique articulée à 5 et 6 axes est également adaptable aux modifications de projet et offre une meilleure stabilité avant et après un programme.

À propos d'Esha Chakraborty

J'ai une formation en ingénierie aérospatiale, je travaille actuellement à l'application de la robotique dans l'industrie de la défense et des sciences spatiales. Je suis un apprenant continu et ma passion pour les arts créatifs me maintient enclin à concevoir de nouveaux concepts d'ingénierie.
Avec des robots remplaçant presque toutes les actions humaines dans le futur, j'aime apporter à mes lecteurs les aspects fondamentaux du sujet d'une manière simple mais informative. J'aime aussi me tenir au courant des progrès de l'industrie aérospatiale simultanément.

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