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LES COBOTS RENDENT LE LIEU DE TRAVAILMEILLEUR MARCHE ET PLUS FLEXIBLE

Les robots sensibles deviennent industriels

Le cobot doit être un 'outil de soutien intelligent' abordable qui peut faciliter les tâches humaines Les robots sont idéaux dans les trois zones D: dirty, dull & dangerous. Les robots collaboratifs aussi dénommés cobots ou robots sensibles collaborent avec l'homme dans le même lieu de travail. Ceci se traduit dans des évolutions robotiques. Primo, les robots se voient doter de la sensibilité, en plus du mouvement et de la vision. Secundo, le robot ne remplace plus l'homme, mais devient un outil manipulateur dans les mains de l'homme. Les fournisseurs de robots soulignent que les robots collaboratifs ont leurs particularités, leur construction et leurs possibilités, et sont difficilement comparables. D'autres questions sur la technicité et la 'sensibilité' adressées aux producteurs sont sensibles, nous nous sommes donc informés auprès de Filiep Vincent, engineer Smart Production & Factory of the Future (Sirris).

 

CROISSANCE DE L'OFFRE DE ROBOTS INDUSTRIELS


Comment s'est déroulée la genèse des cobots?

Filiep Vincent, engineer Smart Production & Factory of the Future Sirris
 
Filiep Vincent: “Le concept de 'Robot Collaboratif' a été développé en 1996 par les professeurs Edward Colgate et Michael Peshkin de la Northwestern University (USA) au sein d'un projet de recherche financé par la General Motors Foundation, axé sur la 'collaboration homme-automatisation'. En 1997, le brevet US décrivait le cobot comme 'an apparatus and method for direct physical interaction between a person and a general purpose manipulator controlled by a computer.' Comme on s'attendait à ce que toute l'industrie (automobile) s'y intéresse (la technologie a été développée à la demande de GM), les cobots sont devenus un sujet auprès des instituts de recherche dans l'automatisation industrielle. Des entreprises (e.a. RB3D, Rethink Robotics, Universal Robots, ...) ont commencé à développer et commercialiser des cobots. Les centres de recherche étaient le groupe-cible. Entre-temps, des fournisseurs du marché ordinaire des robots (ABB, Fanuc, Kuka) possèdent des cobots. Ils visent le vrai marché de l'industrie. Et les premières expérimentations le plus souvent dans l'industrie automobile, traditionnellement un précurseur dans l'automatisation flexible ont débuté."

 

FACILITER LES TACHES HUMAINES


Qu'est-ce qui fait d'un robot un cobot?

Filiep Vincent: “Le cobot doit être un 'outil d'aide intelligent' abordable et faciliter les tâches humaines dans l'atelier. Dès lors, les mots-clés sont: moins cher à l'achat, plug & produce, programmation conviviale et sécurité. La programmation intuitive est nécessaire pour adapter instantanément la tâche du robot en fonction du job et de la préférence de l'opérateur. Chacun au poste de travail doit pouvoir le faire, de préférence avec une technologie familière en guise d'interface, comme la technologie utilisée dans la tablette et le smartphone. L'homme doit simplement saisir le bras du cobot, se déplacer vers l'emplacement requis et confirmer le mouvement et les points cruciaux en cochant dans une 'visual view' ou sur un clavier virtuel sur une tablette. Le travail sécurisant sans séparation avec l'homme exige des 'capteurs de couple' intégrés qui mesurent l'impact d'une collision. Dans la plupart des cobots (aussi ceux des fournisseurs de robots, ABB, Kuka et Universal Robots), ceci s'est traduit dans la mesure et la surveillance de la force et du couple de rotation dans toutes les articulations du robot. Des détails techniques ne sont pas fournis, mais leur construction diffère de celle du robot industriel. Seul Fanuc (sur le marché avec des cobots depuis 2015) utilise son bras de robot 'ordinaire' et place les capteurs 'cobot' dans le pied du robot."

ROS COMME 'STANDARD OPEN SOURCE' POUR LA ROBOTIQUE?


Les tâches du robot se programment-elles facilement?

Filiep Vincent: “L'un des points accentués dans le marché des cobots est l'apprentissage du robot: finie la programmation, pas de console d'apprentissage difficile. Facile et pratique. Mais ... ceci signifie aussi travailler avec un black box controller du fabricant. Et apprendre sur le robot. Par ailleurs, on veut construire l'usine à partir de la 'virtualité'. En d'autres termes: établir les trajets via des simulations et de là, générer le programme cobot par une pression sur le bouton. Cela demande à nouveau des progiciels de base indépendants de la marque. Rethink Robotics a utilisé, pour réaliser le contrôleur de Baxter, un PC ordinaire avec un logiciel open source Robot Operating System, connu dans l'univers robotique comme ROS. Un programme de simulation robot indépendant d'une marque et basé sur ROS est aussi proposé sur le marché. Et nous voyons que plusieurs fabricants commencent à doter leurs contrôleurs de robot d'une entrée compatible ROS, permettant de programmer des robots via un progiciel de simulation neutre indépendant de la marque. Le projet FP7 Factory in a day(http://www.factory-in-a-day.eu/), initié par TU Delft, est très actif autour du ROS-Industrial."

ROTOB OPERATING SYSTEM


Qu'est-ce que ROS?

Filiep Vincent: “Le Robot Operating System (ROS) est un set de bibliothèques logicielles écrites sur Linux. Ces outils peuvent fortement soutenir le développement d'un programme open controller. Songez aux drivers. Egalement les algorithmes sophistiqués pour piloter les mouvements du robot (à partir, p.ex., de capteurs de pression et/ou de vision). Et bien d'autres types de developer tools. L'origine du ROS se situe dans la recherche à la Stanford University, au milieu des années 2000, autour de l'intelligence artificielle embarquée (AI). En marge, on a développé des outils tels que the STanford AI Robot (STAIR) et les programmes Personal Robots. Ils ont engendré la création et l'essai de prototypes inhouse. En 2007, l'un des chercheurs, Willow Garage, a mis ces outils à la disposition d'incubateurs pour créer des implémentations. De là est né le 'cœur' du ROS: des idées et des packages logiciels fondamentaux. Comme tous ces logiciels ont été développés sur la base de licences open source et que de nombreux groupes R&D ont utilisé la plate-forme pour un large éventail de robots, le ROS a évolué en une plate-forme de base intéressante, indépendante des marques et largement répandue dans la robotics research community."

LES COBOTS SONT TRIBUTAIRES DE LA SECURITE


Quelle est la situation des cobots sur le plan de la responsabilité et de la sécurité?

Filiep Vincent: “Et cette sécurité doit pouvoir être montrée, ce qui exige donc des normes. Il existait depuis 2006 la norme ISO 10218 (revue en 2011) pour les exigences de sécurité des systèmes robotiques industriels traditionnels. Mais celle-ci est inappropriée aux cobots. Le 15 février 2016, a été finalement publié le standard robot collaboratif ISO/TS 15066 (spécifications techniques). Celui-ci soutient la norme ISO 10218-1 et ISO 10218-2. Il remplace l'esquisse de 2002 et donne des directives aux intégrateurs des cellules robotiques collaboratives (cells with intelligent assist devices), également l'analyse des risques à effectuer. Mais le responsable de l'implémentation d'une cellule cobot doit sur la base d'une analyse des risques calculer lui-même quelles sont les forces et puissances en cas d'impact inopiné. Il doit s'en servir pour déterminer les vitesses autorisées du robot pour les différentes tâches, la force maximale pouvant se produire lors d'un serrage, la force maximale que peut exercer un préhenseur, ... Cette analyse des risques n'est pas simple. Le cobot controller permet de fixer les limites de la force (N), mais quel est l'impact (N/cm²) créé? Cela dépend de la taille et du matériau de l'objet qui exerce l'impact, et du lieu d'impact sur notre corps. C'est pourquoi la nouvelle spécification ISO/TS 15066 comporte aussi en annexe des résultats de recherche sur les seuils de douleur en cas de collision du robot contre les parties du corps en fonction de la vitesse du robot et de la force exercée. Toutefois, l'utilisateur l'entrepreneur qui met en œuvre le cobot reste le responsable final. C'est pourquoi on conseille le contrôle physique (par exemple, via le système à ressorts calibré Pilz, dont la constante de ressort est réglable) en fonction de la partie du corps."


SOLIDE AIDE DANS LA MANIPULATION

Quelles sont les tâches des cobots?

Filiep Vincent: “Les tâches évoquées pour les cobots s'assimilent à 'une sérieuse aide dans la manipulation'. Dans la ligne Industrie 4.0 de Sirris, il s'agit e.a. de la 'troisième main' et de manipulations lors de l'assemblage. Le 7A15 de RB3D se retrouve dans les fonderies, comme porte-outils pour les meuleuses (l'homme meule, le robot porte l'installation avec la meule). Fanuc montre le CR-35iA comme une aide pour placer la roue de réserve dans les coffres des voitures. Le KUKA LBR iiwa est utilisé par Audi dans les postes de travail homme-robot. Jansen Poultry Equipment vend des incubateurs avec un robot ABB en guise de robot palettiseur pour charger de lourdes fenêtres dans des incubateurs. Cependant, le cobot est aussi engagé actuellement dans des tâches non collaboratives en raison des autres avantages, comme la simplicité de la programmation et l'intégration aisée dans la ligne de production. Nous pouvons envisager de nouveaux types d'applications industrielles telles que l''ébavurage intelligent' (chercher la bavure et la fraiser jusqu'à la précision désirée). Nous avons maintenant un appareil avec un degré de capteur supérieur à ce qui existait auparavant. Cela deviendra aussi un marché porteur pour le nouveau type de robot! Et last but not least, les cobots sont naturellement aussi engagés en dehors de l'industrie. Un exemple est l'Air-Cobot (Aircraft Inspection enhanced bysmaRt & Collaborative rOBOT), un projet R&D français pour développer un cobot mobile pour l'inspection des avions durant l'entretien. L'UR5 d'Universal Robots est engagé dans la chirurgie robotique dans le cadre d'un projet R&D espagnol."

INDUSTRIE 4.0 DANS LA PRATIQUE

Sirris a consenti l'investissement cobot le plus récent dans son huitième établissement à Courtrai. C'est le 'Smart & Digital Factory', un labo d'application axé sur l'assemblage intelligent des petites séries. Cette installation est la première partie du West-Vlaamse Centrum voor Machinebouw en Mechatronica (encore à construire, au total 4,5 millions d'euros), qui sera dirigé par l'ir. Jos Pinte, ancien directeur général de Sirris. Cette ligne de production Industrie 4.0 en service depuis mars 2016 montre un exemple de la production flexible de préhenseurs robots spécifiques au client. La première étape est le picking à l'aide de smart glasses. Les éléments sont standard ou sur mesure, produits directement à partir d'un concept CAO. La seconde étape est un VGA qui amène le bac avec les éléments vers une cellule d'assemblage, où un robot collaboratif le reprend. L'avantage de la fonction tactile est que la position du bac ne doit pas être 'fixe': le cobot 'sent' le bac et l'extrait du VGA avec son préhenseur pour le poser sur le banc de travail et le glisse vers la position désirée par l'opérateur (force et précision sont ici subordonnées à l''aide opérateur' et à la 'sécurité'). Lors de l'assemblage, le cobot assiste comme 'troisième main', tandis que le second cobot visse en même temps une bride sur le corps du préhenseur. Via un VGA, il se rend vers une cellule d'essai après l'étape d'assemblage, où l'opérateur exécute le contrôle de qualité du préhenseur assemblé avec le soutien des instructions de travail digitales. Et plus loin vers un 'entrepôt de stockage'.

Formation en implémentation cobot

La ligne cobot n'est pas une exposition statique de ce que sont et peuvent faire les cobots. Elle est destinée à apprendre hands-on aux utilisateurs potentiels toute l'industrie manufacturière ce qui est nouveau, comment démarrer des projets cobot, les différents do's and dont's. Sirris dispense aussi des séances de formation spécifiques, à Diepenbeek et à Courtrai. Le personnel technique apprend d'abord à estimer si les cobots ont un sens pour leur production, et il doit vraiment placer le cobot 'en ligne'. Des tests de faisabilité sont exécutés autour de cas spécifiques (souvent sous NDA).

ACTEURS ROBOTS INDUSTRIELS SUR LE MARCHÉ DES COBOTS

 

 
Universal Robots a placé son premier cobot UR 5 dans une application industrielle (chargement machine) en 2008, après trois ans de R&D. Depuis, la gamme s'est étoffée avec les UR3 et UR10, et la troisième génération de ces robots est déjà sur le marché. La commande s'effectue au moyen d'un PC industriel avec Linux OS et un logiciel open source. 11.000 cobots de cette société sont actuellement en service pour une multitude d'applications. Ces cobots se sentent aussi à l'aise dans le monde scientifique et éducatif.

 

ABB a lancé en 2011 le cobot Frida. Sa recherche a débuté en 2011 dans le cadre des 'new small parts assembly solutions for the electronic production'. A Hannover Messe 2015, la société a lancé le YuMi, aussi un robot à deux bras. C'est une combinaison d'un robot léger (38 kg, ossature en magnésium, tout le câblage interne) avec deux bras de travail (sept axes, charge utile 500 g, avec en extra un logement plastique 'flottant' avec capteurs de pression, ce qui aide à détecter les collisions).

 

 
Kuka fut aussi l'un des premiers fournisseurs de cobots industriels à commercialiser un robot collaboratif. En 2012, la société a lancé le LBR iiwa. Ce robot, qui ne pèse que 23 kg, a été développé à l'institut aéronautique allemand et est équipé de capteurs force/couple dans chacun des sept axes. Le robot possède aussi un système de programmation totalement nouveau baptisé Sunrise. Ce système dispose même d'un 'débogage' (mise en évidence des erreurs de syntaxe et de fonction), d'une fonction Autocomplete, … L'environnement de programmation est basé sur Eclipse et les programmes sont écrits en JAVA. L'IBR iiwa peut aussi être réglé pour réagir à une 'force d'impact' de 1 newton.

 

En 2015, Fanuc a lancé le CR-35iA, qui montre une autre approche. Alors que les autres cobots (aussi bien ceux des entreprises spécifiquement axés sur les cobots que ceux des fournisseurs de robots classiques) ont une charge utile de 10 à 15 kg, celui-ci propose une charge utile de 35 kg. Les autres ont une construction 'spécifique', avec le 'feeling' via des mesures de courant sur les moteurs et/ou des capteurs couple/force dans chacune des articulations de leurs robots. Le capteur de force pour la sécurité est logé dans le pied du robot et surveille de là tout le système. De cette manière, la société utilise son robot industriel standard, ajoute un capteur de force, et le robot est pourvu d'un habillage sécurisant spécifique pour le rendre collaboratif. De la même façon, la gamme sera déclinée vers le bas avec les CR-7iA, CR-7iAL et CR-4iA.

 

 
Yaskawa a annoncé également au salon Automatica 2016 son engagement dans le marché des cobots avec le Motoman HC-10 (disponible seulement en 2017). Il s'agit du concept traditionnel des capteurs dans les articulations.

 

 
Par ailleurs, Comau était aussi présent à Automatica 2016 avec un cobot, l'AURA. Il aurait une charge utile de 110 kg!