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Plate-forme ROBOTS
Christophe DESPLATZCetim – PPI
Cellule Stäubli
Cellule ABB
Double bras UR
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Robotique industrielle
ROBOTS : ON PARLE DE QUOI ?
« Robot : mécanisme programmable actionné sur au moins deux axes avec un degré d'autonomie, se déplaçant dansson environnement, pour exécuter des tâches prévues » selon norme NF ISO 8373
professionnelle
domestique
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68% du marché mondial
de la robotique
+2,1%+1,4%
Technoproviders
Fabricants de composants et fournisseurs de technologies
Ensembliers (ex : Staübli)
Responsables de l’assemblagedes robots
Intégrateurs (ex : Actemium)
Installations, maintenance et réparations des robots
Soudage à l’arc
Manutentionet service
de machine
Packaging
Assemblage
Peinture et pulvérisation
Découpageet parachèvement
Usinage
Robotique industrielle : la filière, le marché, les applications
Utilisateurs (Usine)
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28% du marché
mondial de la robotique
+16,4%+7,2%
Technoproviders
Fabricants de composants et fournisseurs de technologies
Ensembliers
Responsables de l’assemblagedes robots
Distributeurs
Canaux de distribution pour les professionnels
Robotique professionnelle : la filière, le marché, les applications
Utilisateurs (Professionnels)
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4% du marché
mondial de la robotique
+17,6%+19,3%
Technoproviders
Fabricants de composants et fournisseurs de technologies
Ensembliers
Responsables de l’assemblagedes robots
Distributeurs
Canaux de distribution pour les particuliers
Robotique domestique : la filière, le marché, les applications
Utilisateurs (particuliers)
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Robotique industrielle : l’atout de la collaboration homme/robot
Du robot « standard » au robot le plus collaboratif :� Pour l’amélioration des conditions de travail, pénibilité, pénurie de main d’oeuvre� Pour l’accroissement de la productivité, de la qualité …
Robot collaboratifRobot mobile
Robot low cost
Méconnaissance :
- conception,
- réglementation,
- métiers (usinage,
parachèvement,
soudage…),
- technologies (CND..)
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La nouvelle directive « Machines » 2006/42/CE autorise aujourd’hui,
suivant l’analyse de risques…
Cellule robotisée actuelle
Avant
Maintenant
� Protection périmétrique
� Accès avec demande préalable
� Arrêt avec rupture d’énergie
� Pendant filaire
� Homme et robot évoluent dans des zones isolées.
� La sécurité semble pouvoir être considérée après
conception de l’ensemble.
� Zones d’interaction identiques
� Arrêt ou ralentissement
� Remise en marche automatique
� Butées logicielles de sécurité
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Vitesse robot suivant distance
Détection de personnes (volume)
Distance de sécurité par rapport
aux mouvements de l’opérateur
Restriction des efforts
Poste de chargement/déchargement
Espace restreint dynamique
Guidage du bras du robot manuellement
Passage temporaire dans la zone
Suivant l’analyse de risques…
Les perspectives des robots collaboratifs …
Cellule robotisée à l’avenir…
Maintenant
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Les solutions robotiques
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21/01/2016Exemples de robots collaboratifs
Travail de l’opérateur dans la zone du robot
Cobots
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Cobots
� RB3D :
� Plusieurs possibilité de cobots : 1 axe jusqu’à 7 axes
� Manipulation de charges lourdes
� Démultiplication d’efforts pour porter jusqu’à 100 kg
� Utilisation d’outils :
� Visseuse, meuleuse, burineur, ponceuse…
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Robots collaboratifs
� Universal Robot :
� Utilisé avec un seul bras :
� Manipulation de charges jusqu’à 10 kg, en fonction du modèle
� Utilisation d’outils :
� Aujourd’hui plutôt utilisé pour de la manipulation de pièces
� Utilisation d’outils pour différentes applications tels que le collage, l’usinage de pièces tendres
� Prix : 25 000 euros pour la version UR 10
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Robots collaboratifs
Roberta F&P Robotics YuMi
MIP Robotics Izac Sybot
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� BA Systeme :
� Large choix dans la gamme :
� Manipulation de charges multiples
� Acteur historique Français
Chariots autonomes
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� Exosquelettes :
� Plusieurs nationalités (France, Japon, Yougoslavie, USA,…)
� Utilisation, à ce jour, surtout militaire et médicale
� Premières utilisations effectués dans l’industrie :
� Tests en Suisse pour le BT¨P
Exosquelettes
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Analyse d’un Projet de Robotisation
Intérêt de l’analyse
Impact sur le retour
sur investissement
Strictement nécessaire mais
insuffisante
Productivité potentielle
Fréquentes illusions sur les
bénéfices
Nécessaire et Indispensable
Bénéfices à court terme
Productivité intégrée
Robot
+
Système
(périphérie)
+
Flux de
production
+
Gestion
des
compétences
métier
Souvent
négligée
+
Stratégie
d’Entreprise
+
Défis Futurs
Peu
fréquente
Valeur ajoutée robotique
Bénéfices à long terme
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La robotisation en PME
� C’est un projet de développement global d’entreprise :
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Nécessité d’une phase en amont de la spécification
� Une phase de réflexion pour identifier les solutions porteuses de valeur
� Des étapes menées conjointement sur le plan du besoin et de la
technologie
� Identifier les exigences produit – process - marché
� Imaginer les schémas de solutions en réponse
� Valider ensemble les concepts
� Augmenter la Valeur Ajoutée amenée par l’équipement
Cahier
des charges
BesoinsProduit, marché,
contextePME
OffrePotentiel
technologiqueIntégrateur
Réflexion Choix
Coopération
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Le CdC
Le CdC doit être rédigé dans la finalité de :
� Répondre à un besoin industriel
� Décrire des modes de fonctionnements
attendus,
� Décrire des séquences de fonctionnement,
� Identifier les fonctions et les caractériser,
� Etre capable de traiter une diversité de
produits, de process
� Décrire les flux, les conditionnements amont et
aval.
� Etre prédisposé pour certaines activités :
contrôles, marquages, parachèvements, …
� Détailler les besoins en formation,
� Cadrer les éléments contractuels :
Modes de fonctionnement
Pieuvre
�La planification,
�Les processus de réception,
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Capabilité et développements
Plate-forme: ROBOT USINEUR
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21/01/2016Cellule d’usinage
Objectif
• Evaluer les possibilités d’utilisation d’un robot pré-adapté à l’usinage
Etapes du projet
• Etalonnage et adaptation
• Caractérisation du moyen
• Application sur pièces industrielles
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Caractéristiques:
Electrobroche Fisher:
-42000 tr/min
-17 kw
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Intégration de la broche
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Rayon d’action : 1 835 mm
Electrobroche intégrée dans l’avant-bras
Faisceau complètement intégré à l’intérieur du bras pour le pilotagede l’électrobroche et comprenant :
- l’alimentation électrique
- le refroidissement
- le graissage des roulements
- le rideau d’air de protection de l’électrobroche
- la micro-lubrification
Raccordement des différentes énergies au pied du bras
Classe de protection : IP65 (67 pour le poignet)
Bras pressurisé
Au CETIM, Intégration dans une cellule
RX170 HSMLe robot
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Etalonnage du robot
Description
- Développement d’un modèle d’étalonnage pour le robot Stäubli 5
axes (géométrie, modèle de masses, formalisme géométrique…)
- Mise en œuvre d’une campagne de mesure sur le robot avec un laser
tracker, et d’autres dispositifs de mesure dédiés
- Identification du modèle géométrique du robot, des souplesses des
articulations, en recoupant avec différentes approches
- Tests d’évaluation: une fois les paramètres du robot identifiés, mise à
jour des paramètres de correction dans la baie de commande.
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Etalonnage
Niveaux de correction
Erreurs moyenne et maximale après Etalonnage
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
TCP Zéros des
articulations
Geometrie total DH Souplesses des art
2 et 3
Erreur maximale
Erreur moyenne
(mm)
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-150
-100
-50
0
50
100
150
-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250
millimètres
millim
etr
es
-150
-100
-50
0
50
100
150
-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250
millimètres
millim
etr
es
Ecart maxi du profil réel
avec le profil programmé
0,4mm
Avant étalonnage
Après étalonnage
Ecart maxi du profil réel
avec le profil programmé
<0,2mm
TEST DE PRECISION
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Caractérisation dynamique
Pièce à vagues
Objectifs:
-Valider les vitesses d’avance maxi exécutées sur le
profil par rapport au profil de référence.
-Comparaison des écarts entre la position réelle et la
position programmée en contrôlant le profil par
métrologie et à différentes avances.
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Pièce à vagues: tests vitesse / précision
Consigne de 1m/min en movel
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Abscisses du point en mm
Vitesse e
n m
/min
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Ord
on
née d
u p
oin
t en
mm
Profil des vitesses relevées à 1 m/min
Vitesse moyenne de 0,95 m/min
Consigne de 3m/min en movel
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Abscisse du point en mm
Vit
esse e
n m
/min
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Ord
onn
ée d
u p
oin
t en
mm
Profil des vitesses relevées à 3m/min
Vitesse moyenne de 2,3 m/min
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Importance des stratégies
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Simulation et traduction
en langage robot Val3
CFAO
USINAGE
TRAITEMENT FAO
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21/01/2016Chaine de programmation FAO:
FAO
Simulation +
PPUsinage
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IHM – typée usinage
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21/01/2016
Quelques exemples de pièces réalisées:
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Potentiel mesuré:
�0.5 mm de précision statique dans son volume de travail.
�0.1 mm de précision sur le profil à vagues de caractérisation dynamique.
�Fort potentiel constaté, tant dans les matériaux tendres (aluminium), que dans les matériaux difficiles (Inconel, Inox) moyennant quelques précautions:
-configurations géométriques favorables à la rigidité
-maîtrise des efforts et des stratégies de coupe
IHM validée:
Développement de l’environnement du robot: Interface Homme Machine typée usinage ( prises d’origine, dégauchissage automatique, reprise de programme etc…)
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Plate-forme de parachèvement robotisé
� Historique
Introduction
� A la demande de 2 professions:
� Forge et Fonderie, la cellule de parachèvement a été mise au point par deux
instituts Carnot, le Cetim et le CTIF, un intégrateur, Actemium, et un groupe
d’industriels. Projet soutenu par les Fonds F2i
� Mise en place en avril 2014
� Besoins
� Réduction des troubles musculo-squelettiques (TMS) des personnels d’atelier.
� Contrer un déficit d’attractivité des métiers de la mécanique auprès des jeunes.
� Relocalisation des activités sur le territoire.
� Recherche de gains de performance industrielle, de productivité
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Tank d’émerisage3 kW, 24 m/s
Plateau rotatifIndépendant
Palpeur radio
Broche compliante 2.7 kW, 24 000 tr/min
Broche UGV, 22kW20 000 tr/min
Broche mécanique5.5 kW, 5000 tr/min
Changeur d’outils (attachements HSK63A)
ABB IRB 6660, 205 kg1.9 m - P=+/- 0.3 mm, R= +/- 0.07 mm
Plate-forme de parachèvement robotisé
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CP-80
Une interface simplifiée et
ergonomique avec un concept
unique permettant de programmer le
robot comme une machine outil
(code ISO universel).
Plate-forme de parachèvement robotisé
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reconfigurable en 1 heure pour
passer de pièces portées (< 60
kgs) à posées (< 2000 kgs)
Un système de palpage intégré
qui permet de repérer les pièces
et tenir compte de leurs variations
dimensionnelles en automatique
et/ou réaliser du recalage spatial.
Une capitalisation du savoir faire
usinage robotisé acquis depuis 8
ans (efforts, stratégies adaptées…)
Plate-forme de parachèvement robotisé
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PIECE DE FONDERIE – Fonte GL 400 – poids = 40 kg
- Travail en pièce portée
Plate-forme de parachèvement robotisé
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PIECE DE FONDERIE, Fonte réfractaire – poids=350 kg
- Travail pièce posée
Plate-forme de parachèvement robotiséCas de faisabilité
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Reprise de cordons de soudure
avant tournage
Plate-forme de parachèvement robotiséCas de faisabilité
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Parachèvement (chanfreinage/ cassage d’arêtes)
de pièces usinées (secteur aéronautique)
Plate-forme de parachèvement robotiséCas de faisabilité
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Finition de pièces rotomoulées
en PE (secteur agricole)
Plate-forme de parachèvement robotiséCas de faisabilité
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Double bras Universal Robots UR5 + UR10
� Historique
Introduction
� Robot collaboratif dans le cadre du projet CAPME’UP
� Définition en collaboration avec des industriels et partenaires (intégrateurs, CEA,…)
� Mise en place novembre 2014
� Besoins
� Faire collaborer homme et robot dans un même environnement� Un domaine en plein développement� Une programmation intuitive, simple et rapide� Faire collaborer 2 bras robot ensemble et identifier leurs
capacités (2 bras distincts 5 et 10 kgs)
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Double bras Universal Robot UR5 + UR10
� Les éléments
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Double bras Universal Robot UR5 + UR10
� Manipulation de petites séries de pièces et assez grande
diversité,
� Manipulation de pièces légères de grandes dimensions (avec
faible encombrement robot),
� Troisième main de l’opérateur (présentation et maintien)
� Etendre son usage à des opérations légères (brossage,
ébavurage, ….)
� Permettre les essais de faisabilité sur ce type de robot (UR5 ou
UR10)
� Applications avec deux bras
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Domaine d’application :
�Volumes insuffisants (taille des séries) pour justifier
l’automatisation d’un process
�Opérations rentables en manuel ?
� Tâches pénibles : répétitivité + cadences
Conséquences :
�Besoin de flexibilité – mobilité
� Travail en temps masqué
� Investissement minimal – amortissable en 2 ans maxi
Pourquoi la robotique flexible ?
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Options possibles :
1. Solutions clé en main fournies par un intégrateur :
� Incompatible avec la notion de flexibilité
� Coût trop élevé - impossible à amortir > 70 k€
2. Achats d’un robot d’occasion « pas cher » (20 k€) et « bidouillage » (20 k€ hors temps d’étude)
� Nécessite les compétences en automatismes et programmation
� Risque au niveau de la sécurité (conformité réglementaire)
3. Cellule robotisée flexible mobile :
� Conception modulaire + Equipe technique en interne
Préalable = nécessité de maitrise du process – un robot n’est pas un humain ! Il ne s’adapte pas !
Pourquoi la robotique flexible ?
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Les « modules » de la CRFM
Présentation de la CRFM
Chassismobile avec robot UR10
Barrière de sécurité mobiles
Cellule de protection avec robot
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Exemple de déploiement sur presse:
Présentation de la CRFM
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MERCI DE VOTRE ATTENTION
Contacts:
Christophe DESPLATZ / Pôle PPI
Cyril JACQUELIN / Pôle ICS
Mail: christophe.desplatz@cetim.fr – tél: 03.44.67.36.22
Mail: cyril.jacquelin@cetim.fr – tél: 03.44.67.34.63
Plate-forme ROBOTS