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robotique

Robot industriel
Robot industriel

Science et technique de la robotisation, de la conception et de la construction des robots.

Introduction

Réalité industrielle ou science-fiction ? La robotique évoque à la fois l'univers ultra-mécanisé des lignes automatisées de montage de l'industrie automobile et les sympathiques robots androïdes truffés d'électronique de la Guerre des étoiles. Le premier robot industriel a été installé en 1961 dans une fonderie d'aluminium américaine ; depuis, la robotique est devenue une réalité industrielle avec plus de 200 000 robots en service dans le monde. Dans les grands ateliers automatisés de production comme dans les petites et moyennes entreprises, ils assurent des tâches dangereuses, pénibles ou répétitives : manutention-transfert-conditionnement de pièces, assemblage et soudage électrique par points ou à l'arc, montage de composants électromécaniques, peinture au pistolet, découpe au laser ou par jet fluide à très haute pression….

Tout comme les machines-outils à commande numérique, dont ils empruntent la technologie, les robots sont des matériels programmables, donc polyvalents. Pilotés à l'aide de systèmes informatiques, ils peuvent être programmés pour exécuter des tâches diversifiées, contrairement à l'idée répandue, mais inexacte, du « travail robotisé ». Associés à d'autres machines-outils, à des convoyeurs, installations également programmables, éventuellement connectés à des ordinateurs munis d'écrans graphiques pour la conception informatisée des pièces, les robots s'intègrent aujourd'hui dans les cellules et les ateliers flexibles de production. On cherche ainsi à concilier deux objectifs : productivité élevée et flexibilité de la fabrication. Une même installation produit des pièces de taille et de configuration diverses grâce à l'ordinateur, qui optimise le fonctionnement de chaque machine.

À côté des robots industriels évolués, dont certains sont déjà associés à des caméras de vision pour le contrôle automatique, on met au point des engins mobiles autonomes faisant appel à des capteurs d'environnement et aux techniques d'intelligence artificielle.

Dates clés de la robotique

DATES CLÉS DE LA ROBOTIQUE

1920Création par l'écrivain tchèque Karel Čapek du mot « robot » (du tchèque robòta,travail forcé).
1945Commande numérique étudiée à la demande de l'US Air Force.
Mise au point de télémanipulateurs pour l'industrie nucléaire américaine.
1954George C. Devol dépose les brevets d'un robot programmable.
1961Mise en service du premier robot industriel, Unimate,construit par Unimation d'après les brevets de G. C. Devol.
1968Début de la robotique au Japon chez Kawasaki, qui acquiert ces brevets.
1970Le C.E.A. étudie des engins mobiles d'intervention et de maintenance pour les installations électronucléaires françaises.
1973La firme suédoise ASEA présente le premier robot « tout électrique ».
1977Recherches sur la robotique avancée aux États-Unis et lancement au Japon du programme « Usine sans homme ».
1978Les premiers robots de soudage français en service à l'usine Renault de Flins.
1981Inauguration du premier atelier flexible français chez Renault Véhicules industriels à Saint-Étienne.
1982Élaboration du concept de « productique » et lancement d'un plan par les pouvoirs publics français.
Premier robot industriel associé à un système de reconnaissance visuelle à l'usine Renault de Cléon.
1985Wasubot,robot joueur d'orgue à l'Exposition universelle d'Osaka.
1988Les systèmes électroniques de vision et les réseaux locaux informatiques se mettent en place dans les usines.
1990La robotique s'intègre dans le concept de C.F.A.O. (conception et fabrication assistées par ordinateur).

 

Les grandes étapes de la robotique

L'homme a toujours cherché à construire des figurines animées à son image. Les premiers automates et jouets mécanisés apparaissent au ier siècle : les « mécaniciens grecs » d'Alexandrie utilisent alors les inventions mécaniques et hydrauliques d'Archimède : came, ressort, vis élévatoire… Le Moyen Âge et la Renaissance voient se développer des régulateurs pour moulins à eau ou à vent et surtout des horloges mécaniques de plus en plus perfectionnées, dont les personnages, mus par d'ingénieux mécanismes à picots, défilent et s'animent… Cette technique horlogère atteindra son apogée au xviiie s. avec les boîtes à musique, oiseaux chantants, tableaux animés et les célèbres automates androïdes de Jacques de Vaucanson : « le Joueur de flûte » et « le Canard digérateur ». À l'aide des cartons perforés de Falcon, Jacquard perfectionne le métier à tisser de Vaucanson, préfigurant la révolution industrielle. Mais il faudra attendre près d'un siècle pour que cette technique de programmation binaire soit appliquée aux machines-outils à commande numérique et aux robots.

La robotique industrielle, qui utilise toute la gamme des technologies pneumatiques, hydrauliques et électriques, se développe à partir des années 1960 grâce aux progrès de l'électronique, des circuits intégrés et des micro-ordinateurs.

Vers la robotique de service

Cueillir des fruits dans les vergers, débroussailler la forêt landaise, nettoyer les quais du métro, faire le plein de carburant des autobus, extraire du charbon au fond des mines, souder sous la mer des oléoducs et explorer l'épave du Titanic, intervenir au cœur même d'une centrale nucléaire accidentée, réparer dans l'espace l'antenne d'un satellite, garder des entrepôts et même des prisons… mais aussi assister les handicapés, effectuer les micro-mouvements du chirurgien pour une opération délicate de l'œil, aider la ménagère dans ses activités domestiques…, autant de tâches variées qui relèvent de la robotique non manufacturière, appelée aussi robotique de service.

Celle-ci s'est développée parallèlement à la productique, mais plus lentement : elle requiert la maîtrise d'engins beaucoup plus élaborés que les robots industriels, notamment des plates-formes mobiles autonomes capables d'effectuer des tâches complexes et disposant de calculateurs embarqués et de capteurs de proximité et d'environnement afin d'éviter les obstacles. Ces robots commencent tout juste à émerger des laboratoires, mais ils représentent un immense champ d'application pour la robotique. C'est pourquoi ils font l'objet de programmes de recherche et de développement aux États-Unis (pour des besoins militaires) et au Japon.

En France, ces recherches commencent à déboucher sur des prototypes, notamment en agriculture, avec le robot de cueillette des fruits Magali du Cémagref, les robots de nettoyage du métro pour la R.A.T.P. ainsi que ceux de sécurité civile, utilisés pour le déminage et la neutralisation d'engins explosifs. On distingue six grandes familles de robots non manufacturiers : ceux travaillant en milieux extrêmes ou dans des ambiances hostiles à l'homme (nucléaire, espace, fond des océans) ; les robots de services professionnels (nettoyage) ; les robots agricoles et forestiers ; ceux des mines, du bâtiment et des travaux publics ; les robots d'application médicale ; enfin, les machines pour le grand public à usage domestique, mais aussi pédagogique.

De l'atelier flexible à l'usine du futur

La robotique s'intègre actuellement dans un concept d'automatisation plus étendu : la productique. Ce néologisme marque l'entrée de l'ordinateur dans les ateliers de production, à l'exemple de la Bureautique pour les travaux administratifs et comptables. Dans un atelier flexible d'usinage, les robots sont ainsi associés aux machines-outils à commande numérique et à des centres d'usinage polyvalents équipés de changeurs automatiques d'outils, tandis que les pièces à usiner sont acheminées aux différents postes de travail par des convoyeurs programmables ou des chariots mobiles autonomes filoguidés. La production est gérée en temps réel par des ordinateurs qui optimisent le temps de fonctionnement de chaque machine, tiennent compte des approvisionnement en outillage et en matières premières et réalisent l'ordonnancement optimal des fabrications en fonction des commandes reçues chaque jour. Minimiser les stocks, éliminer les pièces en attente devant les machines, changer de fabrication sans modifier l'implantation des machines sont les enjeux de la flexibilité recherchée.

On associe également à ces installations de production des postes de conception assistée par ordinateur (C.A.O.) : grâce à leurs écrans graphiques interactifs et à des logiciels spécialisés, ils permettent à l'ingénieur-projeteur de concevoir et de visualiser aussitôt des pièces et d'en étudier les méthodes de fabrication.