Robots industriels : principaux types et applications les plus populaires

« Travail forcé » est la traduction littérale du mot tchèque « robot », apparu pour la première fois dans les années 1920. Cependant, ce n'est que dans les années 1960 que des robots industriels ont été introduits dans les ateliers de montage automobile. 

D'un point de vue scientifique, un robot industriel est défini comme « un manipulateur multifonctionnel reprogrammable, à commande automatique, programmable selon trois axes ou plus, pouvant être fixe ou mobile, destiné aux applications d'automatisation industrielle ». Cependant, dans l'industrie manufacturière, nous considérons les robots industriels comme des travailleurs capables d'effectuer des tâches dangereuses ou répétitives, nécessaires aux opérations de production avec un haut degré de précision. 

Le premier robot industriel, Unimate, a rejoint une chaîne de montage de l'usine General Motors de la ville d'Ewing (New Jersey) en 1961. Il s'agissait d'une machine automatisée de moulage par injection qui plongeait des poignées de porte chaudes et d'autres pièces automobiles dans des bacs de liquide de refroidissement sur la ligne de production, puis les transférait aux ouvriers pour la finition et le polissage. 

La programmabilité des robots industriels était surtout un outil permettant de les utiliser pour de nombreuses tâches différentes, mais cela ne leur conférait pas réellement d'intelligence. Ils effectuaient des tâches monotones et dangereuses et étaient utilisés pour leur précision et leur répétabilité. En conséquence, selon les données de la Fédération internationale de robotique, l'industrie automobile est depuis 2010 le plus gros consommateur de robots industriels. 

Les robots industriels ont révolutionné les postes de travail correspondants dans tous les secteurs depuis leur apparition dans les environnements de production. En effet, la croissance du marché des robots industriels est impressionnante. Selon certaines prévisions, d'ici 2027, sa capitalisation dépassera 66 milliards de dollars, avec un taux de croissance annuel moyen de 15,1 % sur cette période. 

10 applications historiquement répandues des robots industriels

1. Soudage à l'arc. Est devenu courant dans les années 1980. L'un des moteurs du passage au soudage robotisé est l'amélioration de la sécurité des ouvriers face aux brûlures d'arc et à l'inhalation de vapeurs dangereuses. 
2. Soudage par points. Assemble deux surfaces métalliques en contact en faisant passer un courant électrique très intense au point de contact, qui fait fondre le métal et forme une soudure apparaissant en un temps très court (environ 10 ms). 
3. Manutention de matériaux. Les robots manipulateurs sont utilisés pour déplacer, emballer et trier les produits. Ils peuvent aussi automatiser les fonctions liées au transfert de pièces d'un équipement à un autre. Les coûts directs de main-d'œuvre sont réduits et la plupart des activités fastidieuses et dangereuses, traditionnellement effectuées par des humains, sont éliminées. 
4. Alimentation des machines. L'automatisation robotisée pour l'entretien des machines consiste à charger et décharger les matières premières pour le traitement et à surveiller l'appareil pendant qu'il effectue son travail. 
5. Peinture. La peinture robotisée est utilisée dans l'automobile et de nombreux autres secteurs, car elle améliore la qualité et la régularité du produit. Une baisse des coûts est également obtenue grâce à moins de retouches. 
6. Prélèvement, emballage et palettisation. La plupart des produits sont manipulés plusieurs fois avant l'expédition finale. Le prélèvement et l'emballage robotisés augmentent la vitesse et la précision, et réduisent les coûts de production. 
7. Assemblage. Les robots assemblent régulièrement des produits, libérant les humains des tâches fastidieuses. Les robots augmentent la productivité et réduisent les frais d'exploitation. 
8. Découpe mécanique, meulage, ébavurage et polissage. L'amélioration de la dextérité des robots permet une fabrication qui serait sinon très difficile à automatiser. Un exemple en est la production d'implants orthopédiques, comme les prothèses de genou et de hanche. Le polissage manuel d'une prothèse de hanche prend généralement 45 à 90 minutes, alors qu'un robot peut accomplir la même tâche en quelques minutes seulement. 
9. Collage, étanchéité et application de matériaux. Les robots d'étanchéité sont construits avec de nombreuses configurations de bras robotisés qui permettent à l'appareil d'appliquer de la colle sur tout type de produit. Le principal avantage de cette application est l'amélioration de la qualité, de la vitesse et de la régularité du produit final. 
10. Autres procédés. Il s'agit notamment des robots d'inspection, de découpe par jet d'eau abrasif ou de brasage. 

Cinq principaux types de robots industriels

Selon la Fédération internationale de robotique, il existe plus de cinq types de robots industriels, mais les plus courants peuvent et doivent être classés selon leur conception mécanique : 

• Robots cartésiens — fonctionnent selon trois axes linéaires à l'aide d'un système de coordonnées cartésiennes (X, Y, Z). Cela signifie qu'ils utilisent trois articulations coulissantes pour se déplacer de haut en bas, de dedans en dehors et de côté à côté. Les robots cartésiens sont les robots industriels les plus utilisés, généralement pour les machines à commande numérique ou l'impression 3D. 
• Robots SCARA — robots à bras articulé de conformité sélective (SCARA) dotés de deux articulations rotatives parallèles qui offrent une souplesse dans le plan. Le robot SCARA est généralement utilisé pour l'assemblage et se spécialise dans les mouvements latéraux. 
• Robots articulés — robots comportant de 2 à 10 articulations (ou plus), reliés à la base par une articulation rotative. Ressemblant à un bras humain, ils sont généralement utilisés dans l'emballage, la peinture, la fonderie et d'autres applications industrielles. 
• Robots delta — robots en forme d'araignée, largement utilisés dans la production alimentaire, pharmaceutique et électronique, reliés par une base commune. Le robot delta est généralement utilisé pour la préhension et la dépose rapides grâce à sa précision à grande vitesse. 
• Robots cylindriques — ces robots compacts sont considérés comme bien adaptés aux espaces restreints ; ils disposent d'au moins une articulation rotative pour le mouvement de rotation et d'une articulation prismatique pour le mouvement linéaire. Les applications courantes des robots cylindriques comprennent l'assemblage simple, le moulage par injection, ainsi que le chargement et le déchargement de machines. 

L'avenir des robots industriels et de leurs applications

Bien que les applications et types de robots énumérés ci-dessus aient pu être historiquement les plus répandus, les appareils actuels se soucient moins de leur structure mécanique. Ce sont des collecteurs de données. Les premières générations de robots devaient être séparées dans leur propre univers, alors qu'aujourd'hui ils peuvent être intégrés à la main-d'œuvre. 

Auparavant, on demandait aux robots d'effectuer des tâches très spécifiques, généralement à un emplacement fixe. Mais aujourd'hui, l'application collaborative des robots industriels se développe rapidement grâce à des capteurs écologiques qui influencent leur facteur de forme et leurs fonctionnalités. Désormais, ces robots industriels collaboratifs, ou cobots, travaillent aux côtés des opérateurs d'usine, en effectuant seulement une petite partie de ce que font les humains. 

La diffusion des capteurs leur a permis de travailler dans un environnement humain et d'enregistrer des informations sur leur environnement. Ainsi, nous pouvons collecter des données à chaque étape du processus de production pour un contrôle complet et une analyse détaillée des données, afin de prendre de meilleures décisions à l'avenir. 

Les progrès de la robotique nous permettent également de sortir les robots des usines et de les rendre mobiles et autonomes pour de tout nouveaux usages, par exemple dans le commerce de détail. En 2019, des robots autonomes ont fait irruption dans les supermarchés lorsque Ahold Delhaize a présenté le robot Badger Technologies, conçu pour améliorer le fonctionnement des magasins. Équipé de nombreux capteurs, systèmes de navigation et caméras, le robot se déplace dans les allées aux côtés des employés et des clients afin de scanner les sols à la recherche de situations dangereuses, comme des liquides renversés. Parallèlement, l'appareil recense les stocks de produits manquants, mal évalués ou mal placés. 

Dans d'autres secteurs (par exemple l'agriculture), des drones peuvent inspecter un champ pour repérer les défauts des cultures. Ils peuvent analyser le niveau d'eau et de sécheresse pour déterminer la maturité du produit. Des robots mobiles et des drones surveillent les oléoducs et gazoducs, ainsi que les lignes électriques, en effectuant des contrôles réguliers et en repérant les signes nécessitant une maintenance, afin de guider efficacement les équipes de maintenance. 

Par nature, les robots continuent d'effectuer des tâches routinières, monotones et laborieuses que les employés n'aiment pas, tout en fournissant des données précieuses pour améliorer le travail. Sans capteurs et autres avancées récentes, cela serait impossible. L'intelligence artificielle est, bien sûr, un élément clé de la création de tels appareils. L'IA transformera les capacités de la robotique, mais cela prendra encore au moins une décennie. 

Dans la robotique industrielle, le succès dépend des exponentielles. Elle utilise des courbes technologiques exponentielles dans les secteurs voisins de la robotique pour stimuler leur adoption. Il est difficile de faire progresser l'innovation technologique dans ces secteurs, mais lorsque vous adoptez des technologies provenant d'industries « externes », les possibilités sont illimitées.