Les manipulateurs industriels ou les manipulateurs robotiques sont des machines utilisées pour manipuler ou contrôler des matériaux sans contact direct. À l'origine, il était utilisé pour manipuler des objets radioactifs ou bio-dangereux qui peuvent être difficiles à manipuler pour une personne. Mais maintenant, ils sont utilisés dans de nombreuses industries pour effectuer des tâches telles que soulever des objets lourds, souder en continu avec une bonne précision, etc. En dehors des industries, ils sont également utilisés dans les hôpitaux comme instruments chirurgicaux. Et maintenant, les médecins d'un jour utilisent largement des manipulateurs robotiques dans leurs opérations.
Avant de vous parler des différents types de manipulateurs industriels, je voudrais vous parler des articulations.
Un joint a deux références. Le premier est le référentiel régulier qui est fixe. Le deuxième cadre de référence n'est pas fixe et se déplacera par rapport au premier cadre de référence en fonction de la position de l'articulation (ou de la valeur de l'articulation) qui définit sa configuration.
Nous découvrirons deux articulations utilisées dans la fabrication de différents types de manipulateurs industriels.
1. Revolute Joint:
Ils ont un degré de liberté et décrivent les mouvements de rotation (1 degré de liberté) entre les objets. Leur configuration est définie par une valeur qui représente la quantité de rotation autour de l'axe z de leur premier cadre de référence.
Ici, nous pouvons voir l'articulation révolutionnaire entre deux objets. Ici, le suiveur peut avoir un mouvement de rotation autour de sa base.
2. Joint prismatique:
Les articulations prismatiques ont un degré de liberté et sont utilisées pour décrire les mouvements de translation entre les objets. Leur configuration est définie par une valeur qui représente la quantité de translation le long de l'axe z de leur premier cadre de référence.
Ici, vous pouvez voir différents joints prismatiques dans un système.
Différents types de manipulateurs industriels
Dans les industries, de nombreux types de manipulateurs industriels sont utilisés en fonction de leurs besoins. Certains d'entre eux sont énumérés ci-dessous.
- Robot de coordonnées cartésiennes:
Dans ce robot industriel, ses 3 axes principaux ont des articulations prismatiques ou ils se déplacent linéairement l'un par rapport à l'autre. Les robots cartésiens sont les mieux adaptés pour la distribution d'adhésif comme dans les industries automobiles. Le principal avantage des cartésiens est qu'ils sont capables de se déplacer dans plusieurs directions linéaires. De plus, ils sont capables de faire des insertions en ligne droite et sont faciles à programmer. Les inconvénients du robot cartésien sont qu'il prend trop de place car la plupart de l'espace de ce robot est inutilisé.
- Robot SCARA:
L'acronyme SCARA signifie Bras de robot d'assemblage à conformité sélective ou Bras de robot articulé à conformité sélective. Les robots SCARA ont des mouvements similaires à ceux d'un bras humain. Ces machines comprennent à la fois une articulation «épaule» et «coude» avec un axe «poignet» et un mouvement vertical. Les robots SCARA ont 2 articulations tournantes et 1 articulation prismatique. Les robots SCARA ont des mouvements limités mais c'est aussi son avantage car ils peuvent se déplacer plus rapidement que les autres robots 6 axes. Il est également très rigide et durable. Ils sont principalement utilisés dans des applications spécifiques qui nécessitent des mouvements point à point rapides, répétables et articulés tels que la palettisation, la palettisation DE, le chargement / déchargement de la machine et l'assemblage. Ses inconvénients sont qu'il a des mouvements limités et qu'il n'est pas très flexible.
- Robot cylindrique:
Il s'agit essentiellement d'un bras de robot qui se déplace autour d'un poteau en forme de cylindre. Un système robotique cylindrique a trois axes de mouvement - l'axe de mouvement circulaire et les deux axes linéaires dans le mouvement horizontal et vertical du bras. Il a donc 1 joint tournant, 1 joint cylindrique et 1 joint prismatique. Aujourd'hui, les robots cylindriques sont moins utilisés et sont remplacés par des robots plus flexibles et rapides, mais ils occupent une place très importante dans l'histoire car ils étaient utilisés pour des tâches de grappin et de maintien bien avant le développement des robots à six axes. Son avantage est qu'il peut se déplacer beaucoup plus vite que le robot cartésien si deux points ont le même rayon. Son inconvénient est qu'il nécessite des efforts pour passer du système de coordonnées cartésien au système de coordonnées cylindrique.
- Robot PUMA:
Le PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly, ou Programmable Universal Manipulation Arm) est le robot industriel le plus couramment utilisé dans l'assemblage, les opérations de soudage et les laboratoires universitaires. Il ressemble plus au bras humain qu'au robot SCARA. Il a une grande flexibilité plus que SCARA mais il réduit également sa précision. Ils sont donc utilisés dans des travaux moins précis comme l'assemblage, le soudage et la manipulation d'objets. Il a 3 articulations tournantes mais toutes les articulations ne sont pas parallèles, la seconde articulation de la base est orthogonale aux autres articulations. Cela rend PUMA conforme dans les trois axes X, Y et Z. Son inconvénient est sa moindre précision et ne peut donc pas être utilisé dans des applications critiques et de haute précision.
- Robots polaires:
Il est parfois considéré comme un robot sphérique. Ce sont des bras de robot stationnaires avec des enveloppes de travail sphériques ou quasi-sphériques qui peuvent être positionnées dans un système de coordonnées polaires. Ils sont plus sophistiqués que les robots cartésiens et SCARA mais sa solution de contrôle est beaucoup moins compliquée. Il a 2 joints tournants et 1 joint prismatique pour faire un espace de travail presque sphérique. Ses principales utilisations sont les opérations de manutention dans la ligne de production et le robot pick and place.
En termes de conception de poignet, il a deux configurations:
Pitch-Yaw-Roll (XYZ) comme le bras humain et Roll-Pitch-Roll comme un poignet sphérique. Le poignet sphérique est le plus populaire car il est mécaniquement plus simple à mettre en œuvre. Il présente des configurations singulières qui peuvent être identifiées et par conséquent évitées lors du fonctionnement avec le robot. Le commerce entre simplicité de solutions robustes et existence de configurations singulières est favorable au design du poignet sphérique, et c'est la raison de son succès.