Utilisations pratiques des robots

Les robots industriels sont presque toujours des robots de substitution utilisés dans trois classes principales d’applications : la manipulation des pièces, la manipulation d’outils, l’assemblage.

La manipulation des pièces s’entend surtout comme une opération de transfert qu’on rencontre dans tous les systèmes de production, depuis les hauts fourneaux jusqu’aux verreries, pour le moulage, le pressage, etc. Une application très connue concerne le chargement-déchargement de machines-outils, auxquelles le robot est de plus en plus intégré. Le premier robot commercialisé dédié à cet usage date de 1961, avec le dépôt d’un brevet par la firme américaine Unimation.

La manipulation d’outils concerne une gamme très variée d’outils : chalumeaux pour la découpe de métal, meules pour l’ébarbage ou le ponçage de pièces, outils de marquage, etc. La soudure par points a pris une large expansion chez les constructeurs de voitures ; la soudure en continu pose encore des problèmes (de reconnaissance de forme). Un autre champ d’application concerne le traitement de surface par projections diverses. Le premier robot peintre a vu le jour en 1966, proposé par la société norvégienne Trallfa.

Bien que la société Olivetti ait lancé sur le marché le premier robot pour l’assemblage en 1975 (robot Sigma), son utilisation était très restrictive sous cette forme commerciale car le robot agissait sans système perceptif capable d’ajuster à tout instant les conditions conduisant à un assemblage réussi.

La méthode efficace suit en fait la même stratégie que celle de l’homme assemblant deux pièces. Prenons par exemple le vissage d’un écrou sur un boulon : nous amenons les deux pièces au contact en nous assurant, visuellement ou par l’utilisation d’un chanfrein, qu’elles sont approximativement centrées ; nous commençons alors à faire tourner l’écrou ; si nous sentons une résistance trop vive, nous dévissons et essayons de mieux orienter l’écrou par rapport au boulon et recommençons la tentative de vissage jusqu’à ce que celui-ci s’effectue en délivrant une force de résistance que nous jugeons minimale et satisfaisante. Nous pouvons effectuer cette tâche essentiellement parce que nos doigts ne sont pas rigides et que nous ressentons les efforts.

Un robot d’assemblage doit pouvoir reproduire ces deux propriétés, ce qui est possible grâce à l’adjonction entre l’extrémité du robot et l’outil d’un organe appelé " poignet compliant " ou " complaisant ".

Il existe deux modes de compliance utilisés pour l’assemblage. En compliance passive , le poignet accepte de se déformer en présence d’une force externe, mais de telle sorte qu’une des composantes de la force de réaction qu’il développe ait tendance à favoriser l’assemblage de la pièce à insérer. C’est le cas par exemple d’un système à trois ressorts disposés entre deux plaques circulaires parallèles qui a tendance à maintenir un cylindre normal aux plaques bien que l’extrémité inférieure de ce cylindre ne soit pas exactement sur l’axe du système (parce qu’il commence à s’engager dans l’alésage qui doit l’accueillir).

En compliance active , le poignet est presque rigide. Il ne subit que des microdéformations face à un effort. Les trois composantes de la force ainsi que ses trois moments par rapport à un système d’axes trirectangulaires sont mesurés. L’interprétation de ces mesures permet le calcul de la modification d’orientation et/ou de position du poignet nécessaire à la poursuite correcte de l’assemblage. Cette modification est assurée par le système de commande de robot. L’opération est itérée si nécessaire jusqu’à réussite de l’assemblage.

Depuis les années 1980, les robots de coopération (avec l’homme comme superviseur) ont vu leur proposition de champ d’applications s’élargir considérablement dans des domaines aussi variés que le milieu sous-marin (pour l’exploration des fonds et l’aide à l’exploitation pétrolière), le milieu nucléaire (maintenance des centrales, démantèlement des installations), les mines (extraction automatique du charbon dans des gisements difficiles), l’espace (intervention sur des satellites et des stations orbitales), le génie civil, la construction et le nettoyage de bâtiments, l’exploitation agricole (tracteurs automatisés, cueillette des fruits et légumes, entretien des forêts), la sécurité civile (inspection et destruction des objets suspects), les domaines militaire (véhicules et robots fantassins) et médical (réhabilitation des handicapés moteurs), les jeux (robots ludiques), le service domestique (gardiennage des maisons inoccupées, robot " servante "...), etc.

Dans toutes ces applications, qu’il serait bien trop long de commenter, le robot est mobile. De nombreux problèmes technologiques (et financiers) demeurent à résoudre avant de sortir du stade du prototype.