Bien choisir un cobot (robot collaboratif)

Parmi les dernières évolutions de la robotique, l’arrivée des robots collaboratifs, ou cobots, a révolutionné le monde industriel.
Ce sont des machines complexes qui travaillent main dans la main avec les êtres humains. Dans un processus de travail partagé, ils soutiennent et soulagent l’opérateur humain.

Le cobot et l’opérateur peuvent travailler dans le même espace, sans barrière de sécurité. Cette cohabitation est rendue possible car les robots collaboratifs sont équipés de mécanismes de sécurité sophistiqués, basés sur le contrôle de la force et la surveillance constante de ce qui se passe autour d’eux. En effet, grâce au sens du toucher et à des caméras et des systèmes anti-collision spéciaux, ils coordonnent leurs mouvements avec ceux des travailleurs humains tout en veillant à éviter les accidents.

Parmi les avantages des robots collaboratifs on note les faibles coûts d’intégration et de démarrage. Le mode apprentissage des cobots simplifie leur prise en main et leur programmation. Il sont plus flexibles que les autres robots : ils peuvent être déplacés d’un poste à un autre et être reprogrammés facilement.

Leurs principaux inconvénients sont leur faible charge utile et leur vitesse d’opération qui est moins élevée que celle des autres robots.

Aujourd’hui les cobots trouvent une large utilisation dans la production industrielle notamment dans le secteur automobile, dans l’inspection, la manutention, et dans le domaine médical, en particulier dans la chirurgie.

Consulter les cobots

Qu'est ce qu'un cobot?
Cobot de la marque FANUC

Origine du terme

Michael Peshkin, professeur de génie mécanique à la Northwestern University dans l’Illinois et son collègue Ed Colgate ont inventé le concept de cobot il y a plus de 20 ans. A cette époque, le secteur de la robotique était centré sur l’autonomie du robot et non sur la coopération avec l’homme. Les deux professeurs prônent eux l’idée qu’il ne faut pas systématiquement exclure l’homme du process car certaines tâches sont mieux réalisées par lui. Par contre, les tâches qui lui sont plus difficiles devraient être laissées aux robots. L’idée de collaboration homme-machine était née.

Définition

Les robots collaboratifs sont des robots de nouvelle génération articulés de 6 axes ou plus conçus pour opérer en toute sécurité dans un environnement industriel commun avec les humains.
- Ils se présentent sous la forme d’un bras ou d’un double bras articulé de petite taille et léger.
- Les cobots sont utilisés pour assembler des pièces, soulever et déplacer des objets. Ils sont également adaptés pour l’emballage en fin de ligne de production.
- Ils opèrent toujours sous la surveillance de l’opérateur.
- La plupart des cobots manipulent des pièces d’un poids moyen compris entre 5 et 100 kg. Dans l’aéronautique, certains cobots peuvent soulever jusqu’à 300 kg.
- Ils sont équipés de capteurs et de caméras pour avoir une représentation de leur environnement, détecter les opérateurs humains et ainsi éviter les collisions
- Comme ils travaillent en étroite. collaboration avec les humains, ils agissent plus lentement que les robots industriels et sont programmés pour s’arrêter si leur bras rencontre une résistance.
- Pour garantir la sécurité, sur la plupart des cobots, une simple tape de la main suffit à le démarrer et à l’arrêter.
Pourquoi utiliser un robot industriel collaboratif ?
Cobot de la marque Universal Robot

Les cobots ont des avantages notables par rapport aux robots industriels classiques :
- Leur potentiel réside dans leur productivité et efficacité : ils aident les humains dans les tâches très répétitives, ennuyeuses, pénibles et dangereuses. L’opérateur humain peut se concentrer sur les tâches les plus qualifiées et à plus forte valeur ajoutée, ce qui améliore la qualité finale.
- Ils sont rapides à installer et à programmer.
- Contrairement aux robots industriels, lourds et rigides qui ne peuvent être bougés, les cobots peuvent être déplacés par l’opérateur d’une tâche à une autre et sans reprogrammation.
- Les cobots travaillent sans barrière de protection. Les cages étant souvent très chères, leur élimination permet des réductions de coûts.
- Ils coûtent moins chers que les robots industriels classiques (les premiers prix sont à 10 000€) et peuvent convenir aux entreprises à faible budget qui souhaitent automatiser certaines tâches.
- Leur implémentation permet de conserver l’ergonomie du poste de travail déjà en place.
- Ils sont plus sûrs pour travailler près des humains.
- Les cobots ont aussi des avantages par rapport au tout-automatisé : ils sont plus polyvalents et s’adaptent ainsi à des changements de production.

Comment choisir un cobot ?

Les cobots sont moins variés que les autres robots industriels. Il s’agit généralement de robots articulés de petite et moyenne taille.

Il faudra néanmoins les choisir en fonction de critères précis :

la charge maximale (payload) ;
la portée (reach) ;
le nombre d’axes (en général 6 ou 7 axes, certains comme le Yumi sont des combinaisons de plusieurs bras articulés et peuvent atteindre 14 axes).

Le tableau ci-dessous récapitule les principales technologies actuellement existantes chez les principaux cobots sur le marché ainsi que leurs applications majeures.

Cobot	Caractéristiques	Application
YuMi (ABB)	Deux bras articulés et rembourrés pour des interactions en douceur Des mains flexibles Des capteurs qui lui permettent de sentir son environnement Une caméra pour mapper son environnement et détecter les opérateurs humains	Tâches d’assemblage de petites pièces, dans les secteurs de l’électronique
Gamme CR (FANUC)	Suivant la gamme, ces cobots peuvent soulever entre 4kg et 35kg Protection anti-pincement intégrée Peau en caoutchouc souple	Les plus petits cobots (4kg) sont utiles pour les petits travaux manuels dans des espaces confinés et peuvent aussi être fixés au mur ou au plafond Les plus gros (35 kg) permettent de réaliser des tâches incluant des charges lourdes et pour des applications d’entretien de machines et de palettisation.
LBR (KUKA)	Charge de 3 kg à 14 kg Capteurs de couple intégrés sur chaque axe Il peut être utilisé en le guidant simplement à la main et/ou en utilisant une tablette avec interface graphique Il suffit de toucher le cobot avec la main pour qu’il s’arrête	Il est spécialement conçu pour des tâches de montage, dans les secteurs de l’électronique Palettisation Préparation des commandes
Panda (Franka Emika)	Cobots très sensibles et polyvalents Capteurs de couple intégrés sur les sept axes Cobots les moins chers du marché (moins de 10 000 €)	Tâches de contrôle – qualité (puces, écrans tactiles) Tâches de packaging (remplissage de boîtes et fermeture)
La gamme UR (Universal Robots)	3 types de cobots 6 axes articulés, Charge de 3 kg à 10 kg. Sont suffisamment petits et légers pour être installés sur un bureau De nombreuses options disponibles : capteurs de couple, peau “sensitive”	Assemblage Opérations de moulage par injection Inspection qualité Pick and place Collage, soudage Tests Conditionnement
SIA series (Yaskawa Motoman)	Bras articulé 7 axes Des capteurs de couple sur tous les axes permettent au robot de s’adapter à son environnement.	Montage Inspection Intendance au niveau de la machine Manutention

Un cobot pour quelles applications ?
Cobot de la marque ABB Robotics

Les cobots sont adaptés pour toute tâche répétitive, pour des applications légères et pour une charge utile n’excédant pas 100 kg (à l’exception de l’aéronautique où les charges peuvent atteindre 300 kg).

Parmi les applications classiques :
- Sur les lignes d’assemblage : tâches de vissage, collage, soudage.
- Sur les lignes de production : tâches de polissage, marquage laser, tests de cycle de vie, emballage, la palettisation.
- Sur la machine : tâches de placement d’une pièce dans une machine pour usinage par exemple.
- Pick-and-place : prise de pièces depuis un bac et dépôt sur un plateau.
- Applications légères : déplacement d’une pièce par le robot et fin du processus par l’humain.
Les cobots sont utilisés dans de nombreux secteurs, de l’automobile à l’électronique grand public, ainsi que dans la logistique, l’agriculture et le médical.

L’industrie automobile a été la première à mettre en place une collaboration homme-machine :
- En 2013, BMW a commencé à déployer des cobots sur les chaînes d’assemblage de portières de voitures.
- En 2013, Volkswagen a introduit les cobots pour installer des bougies de préchauffage dans ses moteurs.
- En 2015, Audi a introduit sur ses chaînes de montage en Allemagne, des cobots à deux bras de 1,40 m de haut.
Dans l’industrie aéronautique :
- Boeing a déployé des cobots sur sa chaîne de montage 777 à Seattle.
- Nextage, un cobot semi-humanoïde à deux bras conçu par la firme japonaise Kawada, est utilisé pour assembler des éléments de l’A380.
Dans le secteur électronique :
- Les cobots sont utilisés pour effectuer des tâches d’assemblage, ou des tests de cycle de vie.
Comment programmer un cobot ?
Cobot de la marque KUKA

A la différence d’un robot industriel classique, le cobot est très simple à programmer.
- Il n’est pas nécessaire d’écrire de code. Les logiciels inclus sont très intuitifs, ce qui ne veut pas dire que vous n’avez pas à apprendre d’abord à utiliser le programme.
- Un autre option disponible pour les cobots est la programmation par apprentissage : il suffit de manipuler le robot pour lui apprendre les gestes à faire.
La programmation par apprentissage se fait directement au poste et par l’intermédiaire d’une application. Pour programmer un cobot, il faut :
- Télécharger l’application du cobot et y créer ses tâches.
- Enseigner ensuite au cobot les mouvements que l’on souhaite qu’il réalise en le prenant directement par la main, et les enregistrer dans l’application.
- Laisser le cobot faire son travail.
- Reprogrammer en cours de production si besoin.
Existe-t-il des normes pour l’installation des robots collaboratifs ?
Bien que les cobots soient conçus pour travailler en toute sécurité avec des collaborateurs humains, ils n’en demeurent pas moins des robots industriels. Et à ce titre, ils doivent se soumettre à des normes de sécurité, comme n’importe quel autre dispositif opérant dans un environnement industriel.

Depuis 2016, la norme ISO/TS 15066 prévoit des directives concrètes à destination des fabricants et des utilisateurs de robots collaboratifs.

Que dit cette norme?
- La norme n’exclut pas le contact puisque les cobots sont amenés à avoir un contact physique avec les humains.
- La norme délimite des seuils de force et de pression du cobot.
- La sécurité n’est donc pas axée sur l’évitement des collisions mais sur la force et la pression que l’opérateur peut supporter lors d’un contact avec le robot sans être blessé.
Quels sont les seuils?
- La norme prévoit des seuils pour 29 parties du corps.
- Le seuil de force est de 140 N au niveau du thorax.
- Le seuil de pression exercée sur le sternum et les muscles pectoraux est de 120 N/cm2 et 170 N/cm2.
Quelles sont les futures tendances de la cobotique ?
Cobot mobile de la marque KUKA

La robotique mobile est une nouvelle tendance de la robotique industrielle :
- Autonomes ou sur plate-forme, les cobots mobiles représentent la troisième révolution robotique.
- Plus flexibles, ils peuvent naviguer dans une usine sans marquage au sol ni aimant, grâce à un système de guidage laser.
- Ils sont tout aussi sûrs que les cobots statiques et peuvent travailler aux côtés des humains.
- Parmi les cobots déjà sur le marché : OmniRob (KUKA), le robot APAS (Bosch).
Les cobots intégrant de l’intelligence artificielle sont aussi la future grande tendance de l’industrie. Aujourd’hui, il faut programmer le cobot en lui enseignant une tâche pour qu’il l’effectue. A l’avenir, avec l’IA, il s’agira de simplement montrer une fonctionnalité de base au cobot qui sera capable de reproduire la tâche et même de l’améliorer au fur et à mesure.

Des fabricants sont aussi en train de travailler sur une fonctionnalité de langage pour que le cobot et l’humain puissent dialoguer. KUKA est par exemple en train de mettre au point une technologie utilisant la technologie du PNL, la programmation neuro-linguistique