Robotique industrielle

Un robot industriel Kawasaki FS-03N, robot de soudage

La robotique industrielle est officiellement définie par l'ISO comme un contrôle automatique, reprogrammable, polyvalent manipulateur programmable dans trois ou plusieurs axes.

Les applications typiques incluent des robots de soudage, de peinture et d'assemblage. La robotique industrielle inspecte les produits, rapidement et précisément.

Les robots industriels sont très utilisés en automobile. Leur conception nécessite une bonne connaissance et un très haut niveau dans le domaine de l'ingénierie.

Définition

Un robot industriel Motoman SDA10, robot d'assemblage

Un robot industriel est un système polyarticulé à l’image d’un bras humain souvent composé de 6 degrés de liberté, 3 axes destinés au positionnement et 3 axes à l’orientation permettant de déplacer et d'orienter un outil (organe effecteur) dans un espace de travail donné.

On peut distinguer :

les robots de peinture ou soudure largement utilisés dans l'industrie automobile

les robots de montage de dimension souvent plus réduite,

les robots mobiles destinés à l’inspection souvent associés à de l’intelligence artificielle et capables, dans certains cas, de prendre en compte l’environnement.

Un robot se compose d'une partie mécanique, le bras lui-même, d'une armoire de commande composée d'une unité centrale qui pilote les électroniques de commande d'un ou plusieurs axes qui en assure l’asservissement, de variateurs de vitesse et d'un langage de programmation spécialisé qui permet de commander le robot (LM1 développé par l'Ensimag Grenoble, langage Adept type basic) qui intègre un transformateur de coordonnées pour transformer une valeur cartésienne en données codeur du moteur.

Certains robots disposent d'un mode d'apprentissage qui permet de répéter les mouvements réalisés librement à la main, l'élément essentiel étant la fidélité 2 la capacité du robot à atteindre successivement la même position dans une tolérance définie, une procédure de calibration permet de reprendre le zéro de chacun des axes. Ils peuvent être associés à un système de vision artificielle qui leur permet de corriger les déplacements.

Pour des raisons de sécurité, ces robots sont protégés par des cages ou des carters pour interdire à l'homme de les approcher de trop près.

La diffusion et amélioration des techniques robotiques permet de faire fonctionner des usines dans le noir.

La robotique industrielle dans le monde

Selon le ministère de l'industrie, on peut estimer le nombre total de robots industriels dans le monde à au moins 1,15 million en 2010, et on en prévoit 1,58 million en 2016. Ces estimation sont basées sur l’hypothèse d’une durée de fonctionnement moyenne de 12 ans. Avec une durée moyenne de 15 ans, il y aurait 1,4 million de robots industriels en 2011.

Environ 69 000 robots industriels ont été produits dans le monde en 1998, 120 000 en 2005, mais 113 000 en 2008. La production baissait

brutalement en 2009 (60 000) pour reprendre de plus belle (120 600 en 2010, 166 000 en 2011, 207 500 prévus en 2015).

En 2011, les ventes de robots industriels s’élevaient à 9,5 milliards de dollars. Si on inclut les logiciels, les périphériques et l’ingénierie-systèmes, le marché des systèmes robotiques industriels est estimé à 28,5 milliards de dollars en 2011 ; il devrait s’accroître dans le futur, mais à des taux moins élevés que dans le passé3.

C’est à George Devol, pionnier de la robotique, que l’on doit l’Unimate, considéré comme le premier robot industriel moderne. Le fabricant de voitures américain General Motors sera le premier à installer ce bras articulé dans l’une de ses usines en 1961. L’Unimate a alors pour tâche de se saisir des pièces de métal chaudes et de les empiler, une tâche particulièrement éprouvante pour les ouvriers. A cette époque, aucun ordinateur ne guide les mouvements de ce robot : ses instructions lui viennent d’un disque magnétique.

Après ce premier galop d’essai, il faudra attendre 1966 pour que les Unimate soit largement déployés dans l’industrie automobile. Unimation, la société de George Devol, améliore son robot des années durant, connaissant un succès certain auprès des constructeurs automobiles américains, européens et japonais. Une licence de fabrication sera même accordée à Kawasaki, qui en produisit 2 400 exemplaires. On sait ce qu’il advint par la suite : le Japon s’est fait le champion de la robotique mondiale. En 1982, Unimation est vendu à Westinghouse, qui le revendra en 1988 à Stäubli.

L’industrie automobile, gros employeur pour les robots

Selon une étude de l’IFR Statistical Department allemand, 2,142 millions de robots ont été fabriqués entre les années 60 et la fin 2010. Avec une durée de vie moyenne de douze ans, les analystes estiment qu’aujourd’hui, de 1 à 1,3 million de robots travaillent pour nous dans les usines dans le monde. Si l’industrie automobile est restée une grosse consommatrice de robots industriels, pour la première fois en 2010, le secteur de l’électronique a acheté plus de robots (plus de 25 000) que les constructeurs automobiles (20 000).

Les équipementiers automobiles, eux, ont acheté 12 500 de ces robots, suivis par les industriels du secteur de la chimie et des plastiques, avec un peu plus de 10 000 unités. Le marché, qui avait été sinistré par la crise financière de 2009, a quasiment doublé en 2010, année où il atteint 5,7 milliards de dollars de chiffres d'affaires.

Vers une accélération radicale de l’équipement des industriels ?Le secteur électronique s’équipe à grande vitesse et pourrait rapidement devenir plus important que le secteur automobile. On se souvient des déclarations de Foxconn, le sous-traitant d’Apple, fabriquant des iPhones et des iPad. Celui-ci qui utilise 10 000 robots a annoncé sa volonté de s’équiper d’un million de robots pour remplacer 500 000 de ses 1,2 million d’ouvriers.

Si la déclaration n’était pas exempte d’arrière-pensées, l’industriel chinois cherchant à modérer les revendications de salariales de ses ouvriers. Si Foxconn met à exécution son plan de déploiement, 300 000 robots seront installés sur ses chaînes de montage en 2012 et 1 million sur trois ans. On imagine l’impact d’un tel déploiement sur l’industrie robotique, qui, en 2010, n'a livré « que » 18 000 unités aux industriels, tous pays confondus.

Cette commande record replacerait aussi la Chine parmi les grandes puissances robotiques, aujourd’hui largement dominées par le Japon et les Etats-Unis, suivis de l’Allemagne et la Corée du Sud.