Le rôle croissant des cobots dans l’automatisation industrielle

Bien que les robots fassent partie du paysage industriel depuis des décennies, les innovations technologiques sont à l’origine d’une nouvelle vague d’automatisation industrielle. L’émergence des robots collaboratifs, ou cobots, ainsi que des petits robots de la taille d’un cobot, offre de nouveaux niveaux d’efficacité et de productivité aux petites entreprises qui ne peuvent pas se le permettre (et n’ont pas besoin) des capacités des robots industriels.

Les cobots sont plus petits, moins chers et plus faciles à programmer que les robots industriels traditionnels. Ils sont de plus beaucoup plus flexibles. Un robot moderne peut être rapidement réaffecté pour effectuer de nouvelles tâches selon les besoins, ou déplacé vers une autre zone de l’usine ou de l’entrepôt. Les cobots sont également conçus pour fonctionner en toute sécurité après des personnes, ce qui les rend bien adaptés aux tâches dangereuses ou répétitives, ou pour aider les opérateurs dans des tâches nécessitant une extrême précision.

Il n’est donc pas surprenant que ces cobots soient l’un des segments de l’industrie de la robotique qui connaissent la croissance la plus rapide. La production mondiale de cobots devrait dépasser les 47 000 par an d’ici 2026, contre 10 000 en 2021 ^[1], soit un taux de croissance supérieur à la croissance prévue pour les robots industriels ^[2].

Pour aider les concepteurs de cobots à répondre à cette demande, TE Connectivity se concentre sur les tendances clés qui déterminent l’avenir de l’automatisation industrielle : plus grande flexibilité, coût total de possession réduit, sécurité accrue et durabilité.

Contrairement aux robots industriels, conçus pour effectuer la même tâche de manière répétitive pendant des décennies, un seul cobot doit pouvoir être adapté à de multiples tâches. Une entreprise peut, par exemple, avoir besoin d’un cobot capable de passer facilement d’une simple tâche de prélèvement et de mise en place à un rôle de surveillance de machine exigeant une plus grande précision.

Le challenge pour les concepteurs de cobots consiste à créer un bras offrant l’amplitude de mouvement nécessaire à l’accomplissement de différentes tâches, tout en limitant les coûts. Chaque mouvement potentiel nécessite un axe distinct avec son propre ensemble de moteurs, de capteurs, de câbles et de connecteurs, ce qui entraîne un surcoût. C’est pourquoi les fabricants de cobots ont opté pour une configuration standard à six axes pour les robots flexibles. Cette configuration reproduit l’amplitude des mouvements d’un bras humain, ce qui la rend adaptée à la plupart des tâches collaboratives.

Cependant, dans cette configuration standard, les concepteurs doivent toujours trouver un équilibre entre les besoins contradictoires de durabilité, de sensibilité et de coût lors du choix des composants internes. Par exemple, les résolveurs (systèmes mesurant l’angle de rotation) sont peu coûteux et très durables, mais n’offrent pas nécessairement la précision requise pour les tâches de précision. À l’autre extrémité du spectre, les codeurs optiques peuvent offrir une plus grande précision, mais sont plus fragiles et plus coûteux. Pour aider à rendre les cobots plus accessibles à un large éventail d’utilisateurs, TE offre également un juste milieu entre ces deux options : les codeurs magnétiques qui permettent une plus grande précision que les résolveurs mais sont nettement moins chers et plus robustes que les capteurs optiques. 

Par définition, les cobots sont conçus pour travailler aux côtés des humains. Ils peuvent être installés sans cages de sécurité, ce qui permet de limiter les coûts d’installation et de réduire leur encombrement au sol dans l’usine ou l’entrepôt. Cependant, cette configuration nécessite d’autres dispositifs de sécurité pour protéger les travailleurs à proximité.

Les progrès réalisés dans le domaine des capteurs de couple ont contribué à rendre les cobots plus sûrs et plus fiables. Installés dans chaque axe du bras du cobot, les capteurs de couple mesurent la contrainte mécanique dans le moteur de l’axe et dans le réducteur. Ils peuvent être programmés pour maintenir le couple en dessous d’un seuil spécifique, s’arrêtant automatiquement avant tour risque de blessure pour un opérateur ou de dommage pour le bras de cobot lui-même.

À mesure que l’adoption des cobots se poursuit, nous prévoyons de nouvelles améliorations des autres dispositifs de sécurité, tels que les capteurs de proximité et de positionnement absolu. Au moyen d’une série de capteurs optiques et de pression, les propriétaires d’usines peuvent faire installer une barrière invisible autour des cobots, qui déclenche le ralentissement ou l’arrêt immédiat des machines lorsqu’un opérateur pénètre dans l’espace de travail. 

La réduction des temps d’arrêt et des coûts de réparation est essentielle pour que les cobots restent économiques, ce qui représente un challenge car les cobots fonctionnent généralement dans des environnements peu propices aux composants électroniques et aux organes mobiles. La poussière, l’humidité, l’huile, la chaleur, les vibrations et les interférences électromagnétiques sont courantes dans les usines et les entrepôts.

C’est pourquoi TE conçoit ses composants, tels que les capteurs de position et les capteurs angulaires, spécifiquement pour ces conditions difficiles. Mais les concepteurs de cobots négligent souvent un autre domaine où la fiabilité est primordiale : les câbles et les connecteurs.

Les câbles et les connecteurs des composants d’axe, comme les capteurs et les moteurs, sont souvent logés dans le bras du cobot lui-même. Même avec cette protection, il est nécessaire d’utiliser des câblages de qualité industrielle spécialement conçus pour assurer l’amplitude de mouvement nécessaire à chaque articulation du bras tout en éliminant les mouvements indésirables lorsque le bras accomplit ses tâches de manière répétée.

La connectivité devient encore plus délicate si une tâche implique de s’adapter à la variabilité de l’outillage et des capteurs en bout de bras. Le changement d’une tâche à l’autre nécessite souvent un nouveau jeu d’outils au bout du bras du cobot, notamment des pinces, des capteurs, des caméras et des éclairages. Chacun de ces composants nécessite une alimentation et une connectivité des données en dehors de la protection du bras cobot.

L’adaptabilité étant l’un des principaux avantages des cobots, nous nous efforçons d’aider les concepteurs à réduire la complexité de leur câblage et de leurs connecteurs tout en maintenant la fonctionnalité. À titre d’exemple, nous travaillons sur des solutions qui combinent l’alimentation et la connectivité des données dans un seul câble, comme le Single-Pair Ethernet (SPE). Ce câble unique fournit suffisamment d’énergie et de taux de transfert de données pour tous les périphériques de bout de bras. 

L’essor des cobots a déjà permis d’introduire de nouveaux niveaux d’automatisation dans des domaines où cela n’était ni pratique ni rentable il y a seulement quelques années.  À mesure que les cobots continueront à prendre en charge davantage de tâches, ils aideront également les fabricants à optimiser leur processus de production pour une efficacité et une flexibilité encore plus grandes.

Nous entrevoyons un avenir dans lequel les ateliers de fabrication seront organisés autour de cellules modulaires, chacune offrant la possibilité de passer d’une tâche spécifique à une autre ou à des processus customisés. En outre, les progrès de la connectivité sans fil aideront les propriétaires d’installations à surveiller et à analyser les performances de chacune de ces cellules semi-autonomes. Parallèlement, l’IA et l’apprentissage automatique évolueront pour aider les cobots à apprendre à effectuer de nouvelles tâches plus rapidement.

Ces progrès en matière d’automatisation des usines aideront les fabricants à s’adapter aux exigences croissantes de rapidité, d’efficacité et de personnalisation, tout en contribuant à résoudre d’autres problèmes tels que la pénurie de main-d’œuvre. Même si le passage d’une production semi-autonome à une production entièrement autonome prendra des années, la combinaison de cobots avec une connectivité fluide et une intelligence accrue est la feuille de route qui nous y mènera.