C’est une solution d’automatisme qu’ilnous faut envisager,au même titre quela machine spéciale ou le systèmedédié » : en introduisant la jour-

née d’information et de débats organisée parle Club Automation, Jean-Claude Boehm(Cetim) a tout de suite capté l’attention desautomaticiens traditionnels. Le robot est eneffet souvent considéré comme une entitéun peu à part, avec ses clubs, associations,syndicats professionnels, et bien sûr ses spé-cialistes. « En France, on parle trop du robot pour lerobot,alors que ce n’est qu’un élément d’une chaîne d’as-semblage.Ce qui compte,c’est l’ensemble de la chaîne »,estime Florence Lecalmontie (Fanuc Robotics).Sans doute. Cela dit, le robot reste méconnuen France. Il y aurait 24000 robots installésdans l’Hexagone, 4 fois moins qu’en Alle-magne et 15 fois moins qu’au Japon. Ce parcest très concentré (65 % des robots se trou-vent dans l’industrie automobile) et très spé-cialisé (43 % des robots font des soudures).Les statistiques “officielles” sur le sous-équi-pement de la France en robots engendrentun certain scepticisme, personne ne voulantvoir la France si bas… Et du coup, on secherche des excuses… « Fanuc et Yaskawa,les lea-ders japonais en robots,sont aussi des gros constructeurs decommandes numériques. Sans doute ont-ils dû incluredans leurs chiffres les portiques de manutention réalisésavec leurs commandes numériques.Alors qu’en France,nous ne considérons pas qu’ils puissent être assimilés àdes robots », avance Jean-Pierre Lio (Renault). Et

on en vient à l’inévitable pro-blème de définition.Qu’est-ce qu’un robot ?Guy Fages (Jautomatise) rap-pelle la définition officiel-le de l’IFR (International Fede-ration of Robotics) : « Un robotindustriel est une machine qui doitavoir au moins trois axes asservismais qui doit surtout être flexibleet aisément reprogrammable. Lanotion de flexibilité est essentielle.

Un robot qui travaille aujourd’hui sur des pièces X doitpouvoir demain travailler aisément sur des piècesY. Unrobot donné doit pouvoir être spécialisé aussi bien en sou-dage qu’en manutention ». Si on a bien compris,une machine d’insertion de composants, unpalettiseur ou une machine-outil ne peuventpas être considérées comme étant des robotscar tous ces équipements ne sont capablesde faire qu’un type de travail.Cette définition permet de faire le distinguoentre une machine spéciale et un robot. Onajoutera que, contrairement à la machinespéciale, le robot est également un équipe-ment standard, proposé sur catalogue.

Oublier les idées reçuesPour M. Boehm (Cetim), lors d’un nouveauprojet d’automatismes, il faut un peu oublierles idées que l’on se fait des robots et réflé-chir sérieusement s’il n’est pas désormaisjudicieux de faire appel à eux :« Il faut savoir en effet qu’en 10 ans,leur prix a été divisé par 5. Et sur-tout, les robots sont désormais deséquipements très fiables :entre 1990et 2002, leur MTBF est passé de10000 heures à 50000 heures ».La durée de vie moyenned’un robot est de 12 à15 ans.Pour justifier l’investissementd’un robot, il faut que l’ap-plication tourne au moins en2x8, voire en 3x8. LucienBouillane (Cetim) rappelle àce sujet que la notion d’in-vestissement et la notion detaux d’utilisation sont inti-mement liées : « Il est évidentque si l’on envisage un investissementlourd,il faut étudier de très près com-ment il sera engagé afin de pouvoirl’amortir. Cela peut conduire àremettre en cause l’organisation dutravail dans une entreprise.Le Cetim

participe de plus en plus à des études technico-économiquesafin de conseiller les industriels dans leurs choix ». Leretour sur investissement d’une cellule robo-tique est en général inférieur à 2 ans.L’idée qu’un taux d’utilisation important estsouvent nécessaire pour justifier un investis-sement en robotique donne à penser que lesrobots ne sont adaptés qu’aux grandes séries.« Cela fait partie des fausses idées que l’on se fait de larobotique, s’insurge Jean-Bernard Herz (Staü-bli). Par définition,un robot est flexible.Avec un robot,lechangement de série est simple et rapide.S’il n’y a pas dechangement d’outillage,il faut seulement 2 minutes pourpasser d’une pièce à une autre. Nos clients utilisent nosrobots à partir de séries de 300 pièces ou des temps deproduction de 3 heures… ».Une autre idée associée aux robots concernele niveau de qualification des utilisateurs.Beaucoup pensent qu’il faut un niveau d’in-génieur. M. Herz estime que pour program-

Application Nombre de robots Pourcentage

Soudage 10 516** 43,32 %

- à l’arc 3 134 12,91 %

- par points 7 319 30,15 %

- autres (laser, gaz, etc.) 63 0,26 %

Manutention de pièces et matières 3 202 13,19 %

Injection de plastique 3 058 12,6 %

Machines-outils 2 998 12,35 %

- chargement/déchargement 2 405 9,9%

- machines de découpe, concassage, polissage, etc. 473 1,95 %

- autres 120 0,5 %

Assemblage 1 402 5,77 %

Palettisation/Emballage 1 062 4,37 %

Peinture/dépôt de colle 755 3,11 %

Mesure/Inspection/Test 185 0,76 %

Autres 1 099 4,53 %

Total 24 277 100 %

* Chiffres 2002 - Source : International Federation of Robotics/Jautomatise** Environ 1/3 de ces robots sont installés chez les équipementiers

Parc français des robots (nbre de robots installés), par applications*

30

� Le robot sort de sa tour d’ivoire � Dans un projet d’automatis-

me, il se pose parfois enconcurrent de la machinespéciale

� Les outils de mise en œuvreévoluent vers une plus gran-de convivialité

� En 10 ans, d’importants gainsde performances ont étéobtenus

L’essentiel

Tendances

MESURES 762 - FÉVRIER 2004

▼

La journée organisée le 17 octobre dernier par le Club était consacrée à la robotique. Les orateurs se sont attachés à démontrer que lerobot devait désormais faire partie de l’univers de l’automaticien et ne plus être considéré comme un équipement à part, avec ses spé-cialistes. Il devient une machine spéciale comme une autre (mais beaucoup plus souple d’emploi) et il fait appel à des outils de program-mation qui ressemblent de plus en plus à ceux des automates.

A U T O M A T I S M E S

Robotique-transitique : vers une

mer un robot, un niveau Bac Pro voire BTSest amplement suffisant : « Ces dernières années,de gros progrès ont été accomplis pour simplifier l’utili-sation. Le système de pilotage intègre de plus en plus defonctions complexes (protection contre les chocs, repriseautomatique du cycle suite à un arrêt imprévu, optimi-sation du cycle, gestion des modes de marche) qui sonttotalement ou partiellement transparentes à l’utilisateur.Par ailleurs,plusieurs constructeurs proposent les langagesde programmation standardisés des automates,ce qui metles robots à la portée des automaticiens ».Tout le mon-de convient que la mise en œuvre des robotsa accompli des progrès indéniables mais plu-sieurs participants ont trouvé que M. Herz

poussait le bouchon unpeu loin. « L’exploitation desrobots et leur maintenance peuventsans doute être assurés par des BTS.Mais pour concevoir les installa-tions,le niveau “ingénieur”est indis-pensable », estime Didier Œilde Saleys (Cogema). De plusen plus d’entreprisesconfient cette tâche à desintégrateurs. NicolasChaillet (Université deFranche Comté/Institut deProductique de Besançon)relève quelques points derésistance : « Les outils actuelsne permettent pas de traiter aisé-

ment certains aspects tels que celui dela posture singulière, l’ennemi absolu du roboticien, ousur l’implantation optimale des robots ».

Des performances à la hausseLa baisse des prix et l’augmentation de la fia-bilité ont été obtenues sans sacrifice sur lesperformances. Au contraire! « Entre 1990 et2002, la charge transportée est passée de 150 kg à500 kg, la vitesse a doublé (de 0,75 m/s à 1,5 m/s)et la répétitivité a quadruplé (de 0,5 mm à mieux que0,1 mm) », note M. Boehm (Cetim).Des pro-grès qu’a vécus M. Lio (Renault Tecnocentre), quise souvient par ailleurs des contraintes impo-sées à la programmation : « Par le passé, les tra-

jectoires ne se déroulaient pas de lamême façon selon que l’on évoluait àfaible vitesse ou à grande vitesse.Aumoment de la programmation,il fal-lait tenir compte de ces erreurs de pour-suite, ne serait-ce que pour éviter lesrisques de collisions. Sur les robotsactuels, ce problème n’existe plus etc’est à mon sens un gros progrès ».M. Chaillet (UniversitéFranche Comté Besançon)constate les gains obtenus entermes de répétitivité maistrouve que la précision, àmoins de passer par une éta-pe de calibrage, n’est pas unequalité intrinsèque desrobots. M. Herz (Staübli)indique que ceci devrait

31

Tendances

MESURES 762 - FÉVRIER 2004

Parc français des robots (nbre de robots installés), par secteurs industriels*Secteur industriel Nombre de robots Pourcentage

Industrie automobile 15 240** 62,78 %

Traitement des matières premières, des produits chimiques et plastiques 3 824 15,75 %

Fabrication d’équipements non électriques 1 556 6,41 %

Agroalimentaire 821 3,38 %

Fabrication d’équipements électriques 813 3,35 %

Métallurgie 539 2,22 %

Fonderie, métal de base 464 1,91 %

Autres 1 020 4,20 %

Total 24 277 100 %

* Chiffres 2002 - Source : International Federation of Robotics/Jautomatise** Environ 1/3 de ces robots sont installés chez les équipementiers

intégration réussie

Critère 1990 2002

Charge transportée 150 kg 500 kg

Vitesse 750 mm/s >1 500 mm/s

Répétabilité 0,5 mm <0,1 mm

Fiabilité (MTBF) 10 000 h 50 000 h

Chiffres Cetim

Évolution de la performance des robots

Évolution 1990-2002Prix moyen -45 % (-75% à performance égale)

Capacité de manipulation +22 %

Répétabilité +58 %

Vitesse pour les 6 axes +47 %

Portée maximale +49 %

MTBF +148 %

Chiffres International Federation of Robotics/Jautomatise

Marché français par technologieType de robot Parc installé Ventes en 2002

Robots sphériques 73 % 84 %

Robots cartésiens 17 % 11 %

Robots SCARA 6 % 4 %

Robots cylindriques 4 % 1 %

Chiffres International Federation of Robotics

Reïs

Fanuc-Robotic

ABB

32 MESURES 762 - FÉVRIER 2004

Tendances

s’améliorer lorsque les puissances de calculpermettront de travailler avec des modèlesdynamiques : « Mais il faut tout relativiser.Avec nosrobots, nous arrivons à des précisions statique et dyna-mique de ±0,2 mm à ± 0,3 mm (pour une chargenominale) dans toute l’enveloppe du robot. Si un robot6 axes est un peu moins précis qu’une commande numé-rique 5 axes, il faut savoir qu’il est trois fois moins cheret qu’il agit dans une zone de travail 10 fois plus grande ».

Les simulations facilitentla mise en œuvre Avec l’intervention de Tecnomatix, on est entréun peu plus dans la mise en œuvre desrobots, avec notamment leur intégration dansdes environnements d’automatismes. Il futbeaucoup question d’ingénierie simultanéeprocess/automatisation et de simulation, quipermettent de diminuer les risques d’erreurs,réduire les délais d’études et accélérer lesphases de démarrage et de montée en caden-ce. « Les erreurs sont détectées très en amont et commeon est dans un environnement de simulation virtuelle,ellescoûtent beaucoup moins cher à corriger que lorsqu’on setrouve sur l’installation physique », explique AlainJeanneton (Tecnomatix). Claude Brisez(PCI/PSA) regrette que la simulation ne soitpas poussée plus loin : « L’utilisation de Robcad deTecnomatix nous permet d’éviter pas mal d’incidentsmécaniques. Par contre, il ne prend pas en compte lesmouvements des câbles présents sur les robots, parexemple les câbles d’alimentation des transformateursde soudure, qui gênent lorsque le robot décrit certaines

trajectoires ». Cettelimitation sera sur-montée d’ici deuxans maximum, assu-re-t-on chez Tecnoma-tix.M. Brisez (PCI/PSA),rejoint par M. Lio(Renault), souligne parailleurs le problèmede la reprise descycles en manuel :« La réalisation et la simu-lation du programme sonteffectivement devenues deschoses faciles à réaliser.Parcontre, les marchesmanuelles et les reprises decycles peuvent prendre beau-coup de temps ». « Ceproblème de reprise descycles est effectivement unproblème délicat lors desmises en service, suren-chérit M. Bouillane(Cetim). On ne peut eneffet pas définir à l’avanceà quel moment, on aurabesoin de se mettre enmarche manuelle.Cela dit,ce n’est pas un problèmepropre aux robots. Il se posede la même façon avec lesmachines spéciales ».

Des retours d’ex-périencePlace aux travaux pra-tiques! C’était un peule sens de l’interven-tion de Gérard Vallet(Institut de Productique deBesançon). L’applica-tion portait sur laréalisation d’une cellule robotisée pour lemontage et le soudage laser de monturesde lunettes en titane. Il s’agit d’une pre-mière mondiale qui a de plus une valeurd’exemplarité. Un Syndicat professionnel(A. LU.TEC) est en effet à l’origine de cet-te initiative, il a fait faire une étude de fai-sabilité à un organisme de recherche(l’Institut de Productique), il s’est appuyésur la Drire (Délégation Régionale de l’In-dustrie) pour le financement et il a trou-vé des industriels potentiellement intéres-sés (Cemo Lunetterie,Thierry SA et Lucal) pourpermettre au projet d’aboutir. Plus que larobotisation, la difficulté a surtout portésur l’adoption du soudage laser, alors que

les lunetiers ont plutôt recours au brasa-ge. « Le projet était innovant, ce qui a nécessité pasmal de discussions pour convaincre un industriel (CemoLunetterie) de passer à l’acte. Mais le fait est là, lacellule tourne et il est aujourd’hui envisagé de passer ausoudage laser robotisé pour les montures en acier etplus tard les montures aluminium.Pour les monturesen maillechort, le matériau le plus répandu en lunet-terie, il faudra sans doute attendre davantage (ce maté-riau se prêtant moins au soudage laser) », expliqueM.Vallet. Pour être mené à bien, le projeta fait l’objet de plusieurs simulations tech-niques et économiques pour valider leprojet. Lors de la mise en œuvre, une dif-ficulté s’est présentée au niveau de la pro-grammation, Cemo Lunetterie n’ayant pas les

Robots cartésiens Principe Cinématique Volume

atteignable

Robots cylindriquesPrincipe Cinématique Volume

atteignable

Robots sphériquesPrincipe Cinématique Volume

atteignable

Pour réaliser une application d’automatismes, le robot se présente souvent comme étant unealternative à la machine spéciale.Le robot a un atout majeur : la flexibilité.

Fanuc-Robotic

33

Tendances

MESURES 761 - FÉVRIER 2004

plans CAO des éléments à souder. « Cescontraintes prohibant l’emploi d’un logiciel de pro-grammation de robots classique, la solution développéepar l’Institut de Productique est basée sur l’acquisitiondes points des cordons de soudure à l’aide d’un bras demesure tridimensionnel. A partir de ces données, il afallu ensuite calculer et surtout vérifier et maîtriser lestrajectoires du robot. Un logiciel a été écrit spécifique-ment pour l’occasion », commente M.Vallet.Cyril Moureton (Fanuc Robotics) a présenté uneautre application, plus lourde,puisqu’il s’agitd’une application de soudage à l’arc réaliséepour le compte de Renault : celle-ci, baptiséeDual Arm, repose sur l’utilisation de deuxrobots synchronisés, associés à un recalagepar vision. Une première originalité est queces deux robots sont pilotés par une seule

unité centrale et pro-grammés à l’aide d’unseul pupitre de pro-grammation. Unedeuxième originalitéest que les deuxrobots assurent desmouvements coor-donnés à vitesseconstante : les mou-vements du robot desoudage sont syn-chronisés par rapportà ceux du robot por-teur (lequel est munid’un outil de mise engéométrie des pièces).« L’application est spectacu-laire.Mais le plus spectacu-laire, c’est… la simplicitéde la programmation.Il n’ya qu’un seul programme àréaliser.On peut dissocier lesrobots, les réassocier indivi-duellement et les comman-der axe par axe comme si cen’était qu’un seul robot »,commente M. Mou-reton.Dany Chareyre deBeaumont (Cogema LaHague)a quant à elleprésenté un autre castypique de la robo-tique : le travail enenvironnement hos-tile pour l’homme. Ils’agissait en faitd’une application detéléopération, avecune originalité : leretour d’efforts.L’opérateur ressent

donc les efforts effectués par le robot situéà une vingtaine de mètres de lui. Le MTBFannoncé, de l’ordre de 1000heures, a sem-blé un peu faible pour certains partici-pants, surtout que le robot en question estun modèle standard (Staübli). Est-ce dû àl’environnement hostile ? « Non, le problèmen’est pas là,explique Mme Chareyre de Beau-mont. Quand vous équipez un robot de nombreuxcapteurs d’efforts, il y a pas mal d’éléments et de câblessupplémentaires.Ce sont eux qui sont responsables de ladiminution du MTBF ».La dernière intervention avait pour but defaire un peu de prospective. Comme l’arappelé M. Bouillane (Cetim), la rechercheen robotique est en pleine effervescence,avec notamment de belles perspectives

dans le médical (téléopération) et lamicrorobotique (on fait des robots qui nepèsent que quelques grammes). SébastienCrut du LIRMM de Montpellier a présentéles travaux actuels sur les robots à archi-tectures parallèles qui consistent à dépla-cer l’outil à l’aide de plusieurs bras arti-culés, au lieu d’un seul pour les robotsactuels. Ces robots parallèles existent déjàet leur principale application se trouve surles simulateurs de vol (ils servent à dépla-cer la plate-forme sur laquelle se trouve lepilote, pour simuler les mouvements d’unavion) et sur les plates-formes pour effetsspéciaux dans les parcs d’attraction. Cetype d’architecture vise à lutter contre lepoids des robots actuels : « Pour déplacer uneélectrobroche de 50 kg, il faut en effet des machines deplus de 30 tonnes », rapporte M. Lio (Renault).Ce poids est nécessaire pour fournir la rigi-dité nécessaire mais il nuit aux perfor-mances dynamiques.Avec les robots paral-lèles, les choses peuvent être améliorées.Mais ces robots présentent l’inconvénientd’être encombrants, d’avoir un mauvaisratio “empreinte au sol/volume de travail”et d’être plus difficiles à modéliser et doncà commander. Des applications existentdans le domaine de l’usinage (Hexapodes,M-Concept, UraneSX, etc.), mais elles res-tent limitées.

Jean-François Peyrucat

Robots antropomorphesPrincipe Cinématique Volume

atteignable

Robots parallèlesPrincipe Cinématique Volume

atteignable

Robots SCARAPrincipe Cinématique Volume

atteignable

Les robots sphériques sont capables de réaliser des trajectoires très élaborées.Leur mise en oeuvre est souvent une affaire de spécialistes.

Fanuc-Robotic