Programmation par guidage manuel

apprentissage par guidage manuel pour une programmation efficace des robots

Utiliser un robot dans la production, cela va bien au-delà que de faire l'investissement pour l'acquérir. La programmation contient une grande partie du travail et des coûts. La demande d'automatisation flexible impose donc des exigences élevées en matière d'efficacité et de flexibilité de la programmation des robots. Des moyens efficaces, tels que l'apprentissage par guidage manuel, offrent ici une solution.

Programmation des robots

Les robots sont omniprésents. Les ventes de robots industriels ont également connu une croissance annuelle dans le monde entier au cours de la dernière décennie. En 2018, les ventes mondiales étaient encore estimées à environ 400.000 contre 60.000 en 2009 (avec une légère baisse à environ 373.000 en 2019).

Si l'on considère le coût de l'automatisation avec la robotique, le robot lui-même est souvent un coût minime. Plusieurs aspects entrent en jeu. On parle parfois de l'iceberg de l'automatisation dont le robot lui-même n'est que la partie émergée de l'iceberg. Le coût du robot lui-même a énormément diminué au cours des dernières décennies. Un robot n'est rien sans son préhenseur: la partie qui transforme le robot en un objet utile capable d'interagir avec son environnement et d'exécuter des tâches telles que la saisie d'objets ou la réalisation de soudures par points. D'autres éléments tels que l'énergie - électrique et pneumatique (l'air comprimé est loin d'être gratuit), les licences pour les logiciels, les équipements de sécurité, le blindage, les changeurs d'outils, les capteurs supplémentaires (par exemple, les capteurs de force), un système de vision en 2D ou 3D, l'intégration à une ligne de production existante - et son contrôle - et la maintenance constituent également une part importante du coût.

Enfin, ne sous-estimez pas le fait que le robot est en fait une coquille vide qui ne peut rien faire par elle-même. Tout ce que fait un robot, vous devez y mettre du vôtre. Nous n'en sommes pas encore au point où vous placez un robot quelque part, lui donnez une description de sa tâche et il peut l'accomplir de manière intelligente.

Vous devez intégrer tout ce que fait un robot

En pratique, vous devez programmer le robot. En fait, la programmation est souvent le principal goulot d'étranglement dans le processus d'automatisation avec un robot. La programmation requiert des compétences d'expert et, selon la tâche à programmer, peut représenter une part importante du coût total car elle peut prendre beaucoup de temps. Ce goulot d'étranglement devient très important dans le contexte de l'automatisation flexible.

Méthodes de programmation

Vous trouverez ci-dessous un aperçu des méthodes qui peuvent être utilisées pour simplifier la programmation.

Nous pouvons distinguer deux grandes catégories: la programmation hors ligne et la programmation en ligne. Alors que la première permet de reprogrammer le robot pendant qu'il exécute des tâches en production, la seconde option nécessite d'éteindre le robot, de programmer la tâche, puis de le rallumer. Cette dernière méthode augmente donc le temps d'arrêt du robot, tandis que la première peut être utilisée, par exemple, pour développer une amélioration de la programmation ou les tâches suivantes peuvent déjà être programmées pendant que le robot continue à effectuer des tâches.

Programmation hors ligne

Classiquement, on peut écrire un programme pour le robot dans le langage de programmation propre au robot et le télécharger sur le robot. La méthode la plus courante consiste à utiliser un environnement de simulation virtuel. Il est ainsi possible de développer un programme de robot à l'aide d'un modèle virtuel de la réalité et, en simulation, d'adapter et d'améliorer la programmation.

Cela peut se faire de deux manières: avec le logiciel du fabricant du robot ou avec un logiciel tiers indépendant de la marque. Ce dernier a l'énorme avantage de permettre le remplacement du robot par un autre de marque différente, à condition qu'il ait approximativement le même espace de travail, sans avoir à le reprogrammer. Le logiciel effectue cette traduction, et peut le faire parce que le programme est indépendant de la marque. Cependant, la programmation nécessite une certaine connaissance de l'environnement logiciel et n'est pas toujours aussi accessible qu'il n'y paraît.

boîtier de programmation

La méthode classique de programmation des robots industriels se fait au moyen du boîtier d'apprentissage. Il s'agit d'une sorte de télécommande qui permet de déplacer le robot, soit dans l'espace cartésien ou opérationnel (x, y, z et orientation), soit en fonction de chaque axe individuellement (espace articulaire). Le boîtier permet ensuite de positionner le robot comme souhaité. L'opérateur peut alors enregistrer cette position dans la mémoire du robot.

Un langage robotique très spécifique à la marque est également impliqué pour que le robot effectue une tâche souhaitée

Cette façon de programmer est appelée 'enseignement' car les points sont enseignés au robot. Cependant, il ne suffit pas d'enseigner/programmer les points, un langage robotique très spécifique à la marque est nécessaire pour que le robot effectue une tâche souhaitée. Un programme doit être écrit pour que le robot se déplace d'un point appris à un autre ou pour qu'il réponde à des entrées externes et envoie des signaux au monde extérieur une fois la tâche terminée ou lorsqu'une entrée provenant d'un autre système est nécessaire.

Ce qui est pratique, c'est que le boîtier de programmation se trouve à côté du robot et peut donc être programmé très rapidement. La programmation elle-même, cependant, nécessite une connaissance très spécifique du langage de programmation du robot. Un inconvénient supplémentaire est que cette méthode nécessite l'arrêt du robot pendant la programmation, car il s'agit d'une méthode de programmation en ligne.

Les boîtiers de programmation plus modernes offrent une interface utilisateur graphique avec le langage de programmation du robot en coulisse.

apprentissage par la démonstration

Cette méthode utilise le concept d'apprentissage par le biais du boîtier d'apprentissage mais va un peu plus loin. Le robot n'est pas piloté par le boîtier, mais le bras du robot est physiquement déplacé à la main, par l'opérateur, jusqu'aux positions souhaitées, avec l'orientation souhaitée. La pose du robot est ensuite enregistrée dans la mémoire du robot. La manière la plus simple de programmer est alors d'apprendre une séquence de positions et de définir une action pour chacune d'entre elles (ouvrir le préhenseur, fermer le préhenseur ...).

Cela peut se faire à l'aide du boîtier d'apprentissage ou d'un outil spécialement conçu pour ce type de programmation, comme des boutons sur le préhenseur final, chacun ayant sa propre fonction, comme l'ouverture et la fermeture du préhenseur ou l'enregistrement d'une pose du robot. De tels outils sont parfois présents sur des robots spécifiquement conçus pour ce type de programmation.

Pour réaliser la tâche, il suffit alors de 'jouer' la séquence apprise. Il en va de même pour les trajectoires d'apprentissage (par exemple, l'application d'une piste de colle). Le robot est saisi et déplacé le long de la piste par l'opérateur, tandis que le contrôleur du robot enregistre le mouvement. Pour exécuter à nouveau la trajectoire, il suffit de relire la trajectoire 'enregistrée'. Il s'agit d'une méthode de programmation très intuitive, très rapide et très accessible, mais elle est généralement moins précise et nécessite donc parfois des capteurs supplémentaires.

Cette façon de programmer n'est bien sûr applicable qu'aux robots qui le permettent physiquement. Par exemple, pour les petits robots classiques, le frein doit être désactivé, ou bien des capteurs de force peuvent être utilisés pour enregistrer la force de l'opérateur pendant que le robot est dirigé dans la position souhaitée par une commande de force. Pour un robot industriel classique, il s'agit généralement d'une solution coûteuse et complexe. C'est là que les cobots ont un avantage, car cette fonctionnalité est généralement standard.

Les robots étaient traditionnellement utilisés pour les grandes séries de tâches répétitives, généralement toujours les mêmes. L'avènement de l'industrie 4.0 et de la production/assemblage flexible impose d'autres exigences aux robots. Le grand défi consiste à proposer une méthode de programmation du robot très souple, soit automatique, soit manuelle. La programmation automatique nécessite alors toute une série de normes et une méthode de programmation des robots dépendant de ces derniers. La reprogrammation manuelle flexible et efficace des robots repose sur des méthodes qui facilitent la tâche de l'opérateur et abaissent le seuil. L'apprentissage manuel guidé en est un bon exemple. Le robot (ou cobot) peut être déployé de manière flexible pour de plus petits lots et est donc particulièrement intéressant pour les PME dans le cadre de la transition vers I4.0 et 5.0. La combinaison du cobot et de l'apprentissage pratique dans le contexte de I5.0 se prête parfaitement à la recherche d'un équilibre optimal entre l'homme et la machine dans la production. Le cobot se tient aux côtés de l'homme et prend en charge les tâches répétitives et ennuyeuses, tandis que l'homme peut se concentrer sur les tâches dans lesquelles il excelle vraiment par rapport à l'automatisation. En outre, l'opérateur est assisté dans la programmation du robot par la technologie. Certains fabricants de robots affirment que les cobots prennent en charge les tâches répétitives non souhaitées et optimisent l'assemblage et le conditionnement de 30%.

L'apprentissage à la démonstration permet d'utiliser le cobot
de manière très souple pour les petits lots

Alors qu'un robot classique, une fois programmé, effectue toujours la même tâche, cette façon de programmer permet d'utiliser le cobot de façon très flexible pour de petits lots. Le robot peut même être déplacé vers une autre station pour être programmé très rapidement afin de faire quelque chose de complètement différent, lorsque le besoin s'en fait sentir, ce qui le rend particulièrement intéressant pour les environnements de production flexibles et les PME. L'iceberg des coûts sous l'eau est donc souvent beaucoup plus petit qu'avec l'automatisation classique, et ce en partie parce que la programmation est beaucoup plus simple.

Autres méthodes

Outre l'apprentissage manuel, d'autres nouvelles méthodes de programmation des robots voient le jour. Par exemple, un opérateur peut utiliser une sorte de stylo d'apprentissage pour indiquer la position souhaitée du robot sur une pièce à usiner, puis programmer le point d'un clic, ou dessiner une trajectoire complète. Il s'agit d'une sorte d'apprentissage par guidage manuel sans avoir à déplacer le robot physique. D'autres méthodes, qui sont encore à l'étude, portent sur la programmation de robots en réalité augmentée, à la fois hors ligne et en ligne.