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Donner du tact à votre entreprise par le contrôle en force robotique

L’utilisation du contrôle de force (force sensing) du robot représente la prochaine étape de l’évolution des systèmes robotiques actuels. Depuis quelques années déjà, l’utilisation de la vision numérique couplée à un robot permet de déterminer la position d’un objet ou simplement de positionner le robot dans son environnement afin d’effectuer des tâches simples telles que la palettisation.

De son côté, le contrôle de force permet de contrôler les forces/moments en jeu au niveau de l’outil à l’intérieur d’un procédé afin d’effectuer des tâches plus complexes telles que l’assemblage et l’ébavurage qui nécessitent habituellement une intervention humaine pour sa dextérité et son adaptabilité.

Actuellement, l’utilisation du contrôle de force dans les applications industrielles fait lentement son apparition dans l’intégration de systèmes automatisés complexes. Dans l’industrie, seules quelques applications utilisent le contrôle de force dans leurs procédés, principalement au Japon. Selon nos recherches, les grands fabricants de robots tels que Fanuc Robotics, ABB Robotics et Kuka commencent à développer certains produits utilisant ce type de technologies. Toutefois, les outils technologiques étant toujours en développement, peu de ressources et de documentation sont disponibles pour répondre et supporter la demande du marché pour ce type de technologie.

Par analogie, la vision numérique permet de donner le sens de la vue à un robot tandis que le contrôle de force permet de lui donner le sens du toucher. Ces deux technologies, bien que différentes, peuvent être complémentaires afin de répondre à une problématique complexe, créant ainsi un système robotisé performant et adaptable aux conditions du marché actuel.

Axes de recherche et problématiques :

La technologie du contrôle de force en robotique industrielle permet de répondre à plusieurs problématiques, indépendamment des domaines d’applications, en abordant plusieurs axes de recherche simultanément. Dans le cadre des différentes demandes des clients et selon les projets, nous n’abordons que les principaux axes de recherche en lien avec les problématiques liées aux clients.

A. Ébavurage/polissage robotisé par contrôle de force

L’ébavurage consiste à enlever la bavure résiduelle d’une pièce suite à une découpe alors que le polissage consiste à enlever une certaine quantité de matière afin de régulariser le fini de surface. Dans les deux cas, la problématique est d’assurer une qualité uniforme à l’intérieur d’une tolérance définie. De ce fait, la force exercée sur l’outil abrasif par la pièce doit être contrôlée précisément au même titre que la vitesse
d’avance du robot, le type/état de l’abrasif utilisé et la vitesse de rotation de l’outil. Dans le cas contraire, les risques d’enlever plus ou moins de matière engendrent des rejets ou « non-conformités ».

Actuellement, l’ébavurage/polissage robotisé est effectué avec des outils passifs agissants selon le principe d’un ressort au niveau de l’abrasif. Cette approche est instable et limitée à des applications simples. De plus, elle est difficilement adaptable à une variation de produits étant donné la trajectoire fixe du robot. Ainsi, l’utilisation du contrôle de force permet de remédier à ces problèmes en corrigeant dynamiquement la trajectoire du robot initialement enseignée, indépendamment de la direction, afin d’assurer une pression constante au niveau de l’abrasif pendant le processus. La précédente figure présente la direction de la force contrôlée par le robot (flèches larges) selon la trajectoire initiale (flèches étroites) sur une pièce devant être ébavurée ou polie.

B. Assemblage complexe par contrôle de force

L’assemblage complexe consiste à effectuer un montage de deux ou plusieurs pièces dont la variabilité dimensionnelle ou les tolérances d’ajustement nécessitent la majorité du temps une intervention humaine pour sa dextérité et son adaptabilité. Actuellement, la robotique conventionnelle nécessite un prépositionnement et une dimension des pièces uniforme afin d’effectuer l’assemblage, ce qui engendre coûts et complexité. Ainsi, le robot étant répétable, il peut effectuer le travail à condition que l’environnement (position, dimension et tolérance) soit constant.

Cette particularité, bien que satisfaisante dans certains cas, ne permet pas de robotiser une multitude d’assemblages étant donné l’impossibilité pour le robot de s’adapter aux variations comme le ferait un humain. Les figures ci-contre permettent de représenter des situations où la robotique conventionnelle ne peut réaliser l’assemblage.

Ainsi, l’utilisation du contrôle de force répond à cette problématique en analysant en temps réel les forces/moments appliqués et en ajustant la position du robot
dynamiquement. Dans les deux situations présentées, le robot compense l’erreur d’ajustement en effectuant un mouvement de rotation et de translation de l’outil afin d’obtenir des forces et/ou moments nuls comme le ferait un humain, en évitant les coincements de pièces.

C. Positionnement de précision par contrôle de force

Le positionnement de précision consiste à positionner le robot dans une configuration précise à l’intérieur des tolérances élevées. Par exemple, dans le cas présent, le but est de positionner l’outil du robot dans un trou avec une tolérance afin d’effectuer une opération du procédé.

Les figures ci-contre représentent des situations nécessitant l’utilisation d’un contrôle étant donné les tolérances de positionnement élevées. Ce genre de situation nécessite habituellement l’intervention humaine vu la difficulté de robotiser la tâche en robotique conventionnelle. En fait, étant donné la tolérance d’insertion serrée ou d’un mauvais positionnement de pièce, le robot risque d’être incapable de compenser sans produire des erreurs ou des bris matériels.

Ainsi, l’utilisation du contrôle de force rend possible ce type d’application en permettant, comme dans le cas de la première illustration ci-haut, de compenser l’erreur de positionnement en effectuant une recherche par des mouvements de rotation et de translation afin d’aligner la clé dans le gabarit (image de gauche). Sur l’illustration de droite, le robot recherche la position d’un trou en se déplaçant de gauche à droite. Dans les deux cas, lorsque le robot sera aligné, la force normale au trou deviendra nulle indiquant que le robot est parfaitement positionné au-dessus du trou comme le ferait un humain intuitivement en ajustant l’angle et la force d’insertion lors de la manipulation de la pièce.

François Brillant, ing.
Représentant technique
Centre de Robotique et de Vision Industrielles
205, rue Mgr-Bourget
Lévis (Québec)  G6V 6Z9
Téléphone : 418-833-1965
Télécopieur : 418-833-8726

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