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Les attentes de l’industrie vis-à-vis des performances des robots industriels ne cessent de croitre. Rien d’étonnant à cela puisqu’il s’agit de répondre aux exigences  actuelles du marché.  Pour être performante,  l’industrie aura de plus en plus besoin de robots  polyvalent, percevant leur environnement, facile à programmer,  mobiles et interconnectés, adaptés aux petites séries.

Pour atteindre cette flexibilité, un des enjeux de la robotique est certainement la capacité du robot à saisir tout type d’objet. Un vrai challenge lorsque l’on sait que la fonction de préhension compte parmi les plus complexes à réaliser par un système robotisé.

 

 prehenseur-robot

Ces 10 dernières années de nombreuses recherches ont, dès lors, visés à développer des préhenseurs « universels » capables de s’adapter automatiquement à la forme et à la taille de l’objet à saisir. Elles ont débouché sur la mise au point de quelques produits jugés innovants qui ont même suscité une certaine médiatisation lorsqu’ils étaient présentés comme issus d’une recherche par bio mimétisme. Ce fut notamment le cas du FlexShape Gripper de FESTO inspiré de la langue du Caméléon.

Quant est-il aujourd’hui ? Les Préhenseurs universels sont-ils devenus une réalité ?

 

 

Les paramètres du choix

 

Lors du choix du préhenseur, c’est toujours la  pièce à déplacer et les possibilités d’intégration dans l’environnement spécifique qui déterminent le type de préhenseur et l’élément terminal  correspondant.

Certains secteurs comme ceux de l’industrie pharmaceutique ou   l’industrie alimentaire posent aussi des exigences plus strictes en matière d’hygiène et de sécurité qui orientent les choix.

En réalité, de nombreux facteurs influencent le choix du type de préhenseur :

  • L’environnement de fonctionnement (sale blanche, milieu ATEX, eau , huile, température,…)
  • La charge
  • La taille et la forme de l’objet
  • Le nombre de pièces à manipuler
  • Le risque de déformation des pièces fragiles
  • La position
  • Le temps de cycle imposé
  • ….

Les grands fabricants de préhenseurs, mais aussi les intégrateurs, possèdent  l’expertise nécessaire dans le choix et le dimensionnement et ont souvent des solutions spécifiques pour les cas particuliers.

 

On gardera également à l’esprit que les robots sont encore largement utilisés sur des postes fixes pour une ou plusieurs opérations répétitives en moyennes ou grandes séries.

Par ailleurs, le développement de changeurs d’outils automatiques permet de permuter rapidement de préhenseurs.

 

Autant d’éléments qui ne favorisent guère l’adoption de préhenseurs universels.

 

Le préhenseur « traditionnel » domine  le marché

 

Aujourd’hui encore, qu’il s’agisse de tenir un outil ou de manipuler un objet, les préhenseurs sont encore très souvent spécifiques et se rangent dans une des 5 catégories ci-dessous :

  • Pneumatiques ou servopneumatiques (ces derniers permettent de régler la force)
  • Electriques (ils remplacent de plus ne plus souvent les variantes pneumatiques et  autorisent la programmation de la force de préhension et de la longueur de course)
  • Vacuum qui fonctionnent par vide d’air (souvent équipés de ventouses pour saisir des objets divers notamment du packaging ou des pièces fragiles)
  • Hydrauliques pour les charges lourdes
  • Magnétiques utilisant des aimants (surtout employés pour des pièces métalliques de grande surface)

 

 

Petit aperçu des préhenseurs universels

Une petite recherche sur le web permet de rapidement classer les nouveaux arrivants en quelques catégories :

  • Les pinces électriques « multi-doigts »
  • Les pinces souples, déformables
  • Les préhenseurs de type vacuum à mousse
  • Les boules déformables

Cette liste n’est aucunement exhaustive, il y en a très certainement d’autres et il y en aura de plus en plus. Elle se limite à faire un simple recensement, sans vouloir  en expliquer les mécanismes de fonctionnement.

Très souvent, ces préhenseurs sont souvent communiquant (IoT), autorisent le réglage de nombreux paramètres (une interface logicielle pour calculer les mouvements, la vitesse et les efforts des doigts sur l’objet) et  sont équipés de capteurs intégrés qui permettent la localisation des surfaces de saisie, le contrôle de l’effort, le contrôle des actions réalisées,…Bref, ils sont dans la mouvance 4.0.

Nous renvoyons principalement vers des vidéos qui ont l’avantage d’être très parlantes dans ce domaine.

Attention, la liste est un peu longue…

 

 

 

1.      Les pinces multi doigts

 

On peut dire que c’est souvent l’idée de copier la main humaine qui a animé les développements de ce type de pince.  Niveau programmation, plus il y a de doigts, plus cela devient complexe.

 schunk-pt Un des leaders du marché, Schunk, propose ainsi une pince de préhension angulaire  électrique/ à 3 mâchoires. Elle a été conçue pour permettre une préhension sûre de piéces de géométries différentes avec force de préhension, vitesse et position flexibles et contrôlables.

Il existe 2 versions :

  • Une main 3 doigts Schunk SDH
  • Une main 5 doigts Schunk SVH

http://de.schunk.com/

 

Démonstration : https://www.youtube.com/watch?v=hPtSbPzROrs

 

 robotiq-product-pt Autres pinces assez connues, celles proposées par la société Robotiq qui se déclinent en version 2 ou 3 doigts. Elles offrent plusieurs modes de préhension (Parallel, encompassing and internal grip) tout comme le contrôle de la vitesse,  de la force et de la position.

 

 

Démonstration : https://www.youtube.com/watch?v=nkGuI4uiSLM   &  https://www.youtube.com/watch?v=NgZqVjcI7P0

 

A défaut de déjà commercialiser des produits de ce type, Festo mène également de nombreuses  recherches dans ce domaine et  présente depuis 2013, quelques concepts comme :

 

 multichoice-gripper-pt-2 MultiChoiceGripper  :  https://www.youtube.com/watch?v=u4ZScJsaepg

Cette pince 3 ou 6 doigts combine la préhension parallèle et centrée via des doigts flexible dont la structure s’adapte à l’objet à saisir.

 

 learninggripper-pt LearningGripper  : https://www.youtube.com/watch?v=JLuPbAMxoSU

Les quatre doigts de la pince sont entraînés par douze actionneurs à soufflet pneumatique avec une faible pressurisation. Grâce au processus d’apprentissage mécanique, la pince peut effectuer un auto-apprentissage pour effectuer des actions complexes telles que la préhension et le positionnement ciblés d’un objet.

 

 

 

2. Les préhenseurs souples, déformables

Ces préhenseurs restent encore  au niveau de la recherche opérationnelle. Ils ne sont généralement pas disponibles sur le marché.

 festo-pt Festo est, là encore, bien présent avec son FinGripper qui réagit  comme la nageoire caudale du poisson. Les doigts  se déforment pour épouser la pression qui s’exerce. Ainsi sans capteur, la pince est capable de s’adapter à la forme de l’objet et de le saisir que ce soit un oeuf ou un verre.

 

 

Démonstration :  https://youtu.be/90cXfaFM4O8

 

 

 eplausanne-pt Autre développement intéressant, une pince en silicone souple actionnée par des lames d’électrodes sensibles et flexibles réalisé à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. La forme des doigts a été étudiée pour permettre de passer en flexion lorsque le courant passe dans les électrodes. Par  électro-adhérence,  l’objet est tenu avec force, mais n’est pas saisi fortement. La pince peut saisir des objets relativement lourds par rapport à leur taille (jusqu’à 80 fois leur masse) et a la capacité d’agripper des objets de formes très diverses.

 

 

Démonstration : https://youtu.be/O7dA9df512w

 

 

 soft-robotics-pt Un système fait déjà l’objet d’une commercialisation. Il s’agit de la pince souple de  la société Soft Robotics  (http://www.softroboticsinc.com) qui a développé un système de tentacules souples s’adaptant « spontanément » à l’objet. De l’air sous pression vient contracter les pinces. La souplesse de celles-ci va leur permettre d’entourer l’objet.

 

Démonstration : https://youtu.be/0wnPciz8r7s

 

 

 

 

3. Mousses et vacuum

 

 schmalz-fmp-pt Dans cette catégorie fonctionnant sur base de la technique du vide, on retiendra notamment le Système de préhension de surface par le vide FMP de la société Schmalz. Il est présenté comme un préhenseur universel pour la manipulation de pièces indépendamment de la taille, de la géométrie, de la matière et de la surface

Lien :  Schmalz-FMP

 

 

 unigripper-pt Autre exemple, le «  Plug and Pick   Foam Vacuum gripper » de Joulin  (http://fr.joulin.com/grippers/plug_and_pick.php) ou encore l’ « Unigripper » de chez Axysto  (http://www.unigripper.be/fr/produits/1286/unigripper/unigripper)

 

 

En termes d’applications,  la société Intermodalics a développé un concept pour le maniement flexible de boîtes de dimensions variées et entassées aléatoirement :

 

intermodalics

 

 

 

4. Les boules déformables

 

 versaball-pt Proposé par  Empire robotics  (http://empirerobotics.com/) , la  Versaball est l’un des produits qui a connu le plus de médiatisation depuis2010. Elle est issue de la recherche menée par l’Université de Cornell et de Chicago.
Ici, la complexité des doigts est remplacée par un simple ballon rempli de grains de cafés. Un bras robotisé vient poser le ballon sur l’objet à prendre puis, aspire l’air contenu à l’intérieur, créant ainsi une tension de la peau du ballon, et, sur les grains, rendant le tout rigide.

Démonstration : https://www.youtube.com/watch?v=5-fPIK-NGtI

 

 

 softpic2-pt Autre solution intéressante, le roboticien Adept propose, avec ses SoftPIC, des boules en silicone perforées capables de saisir une multitude d’objets. Ils ont été spécialement conçus pour les opération d’emballage primaire et secondaire (http://www.adept.com/products/grippers/softpic-grippers/softpic-grippers/general)

 

Démonstration : https://www.youtube.com/watch?v=INDaEKEnftw

 

 

 flexshapegripper-pt Enfin, Festo créait également le buzz en 2015 avec son  FlexShapeGripper  inspire de la langue du caméléon. Le FlexShapeGripper s’inspire de la langue du Caméléon  pour saisir les objets les plus divers en épousant parfaitement leur forme. Son embout élastique en silicone permet même de saisir plusieurs objets en même temps et de les déposer ensemble – sans nécessiter une quelconque intervention manuelle.

 

Démonstration : https://www.youtube.com/watch?v=m7l-87r4oOY

 

 

Le projet « Factory 4.0 »

 

Les préhenseurs universels ont certainement un avenir pour toutes une série d’applications :

  • Les très petites séries et la manipulation d’objets de tailles et formes variables  qui imposent  de nombreux changement d’outils
  • Le maniement délicat d’objets « fragiles » (composants déformables, composants à forme variable durant la production, microcomposants à surface délicate) ;
  • Les microcomposants nécessitant une grande précision
  •  …..

 

La terminologie devra peut-être aussi évoluer car il s’agit, en définitive, plus de préhenseurs « polyvalents » que de préhenseurs réellement capables de saisir tout type de pièce.

Pour accompagner la transition vers l’industrie 4.0, Technifutur & Technocampus ont déposé un projet « Factory 4.0 » au Pôle de Compétitivité du génie Mécanique MecaTech.

Un des aspects abordés dans ce projet vise la mise à disposition d’une offre de formation pour  vulgariser de nombreux aspects de la robotique et permettre le pilotage d’un projet de robotisation

Les formations et cases studies aborderont les questions de préhension et présenteront les atouts et limites des préhenseurs universels.

Pour l’illustrer concrètement, TechnCampus investira dans quelques solutions de préhension universelle et les mettra à disposition des entreprises à travers des démonstrations et formations.

 

 

EYMAEL_CHRISTIAN Christian EYMAEL, Conseiller

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christian.eymael@technocampus.be