Peu de gens font la distinction entre les machines, les robots, les robots de service et les robots industriels. Et pour plusieurs, l’intelligence artificielle (IA) est une technologie mystique qui mènera éventuellement à l’automatisation d’à peu près tout ce que nous, les humains, faisons pour vivre, y compris la fabrication. Il m’arrive aussi d’hésiter et de devoir mettre à jour les explications de ces termes liés à l’automatisation pour mon cours de premier cycle sur la robotique industrielle à l’ÉTS. Bien que la plupart de ces termes soient définis par l’Organisation internationale de normalisation (ISO), leur utilisation dans l’industrie peut varier en raison des innovations technologiques constantes. De plus, l’utilisation de ces termes dans les médias grand public est souvent arbitraire, surtout lorsqu’il s’agit de fabrication. La vérité est qu’aujourd’hui, la fabrication est de plus en plus automatisée, avec davantage de robots industriels, une prolifération rapide des robots de service (essentiellement des robots mobiles) et une profusion de machines sur mesure. Les progrès de l’IA et de la technologie des capteurs, ainsi que d’autres moyens de simplifier le déploiement des robots, accéléreront encore le rythme de l’automatisation de la fabrication, mais il n’y a pas d’apocalypse à venir.
Dans cet article, je commencerai par dissiper quelques idées fausses concernant l’utilisation des robots dans la fabrication, puis je me concentrerai sur les robots industriels. J’expliquerai pourquoi la programmation d’un robot industriel ne représente qu’une petite partie de son utilité, et encore moins de son utilisation optimale. Je soutiendrai ensuite que les robots industriels sont des composants d’automatisation et que, malgré les progrès de l’IA, certaines compétences en matière d’intégration de systèmes et une compréhension de base des concepts robotiques sont toujours nécessaires pour déployer avec succès des robots industriels.
Les « robots » arrivent !
Il y a dix ans, j’ai été ravi de lire dans mon nouveau contrat de piscine que je recevais gratuitement un « robot nettoyeur de piscine », avant de réaliser plus tard que ledit « robot » n’était qu’une liane de piscine en plastique sans moteur, sans électronique, sans cerveau. Certains de mes collègues universitaires pourraient affirmer que ce robot de piscine est un exemple d’intelligence mécanique, où un effet de vortex créé par l’aspiration de la pompe de la piscine fait ramper le soi-disant « robot » (bien qu’au hasard) et que ce nettoyeur est un robot.
En effet, Britannica définit un robot simplement comme « toute machine à fonctionnement automatique qui remplace l’effort humain ».
Mais le nettoyage de ma piscine ne s’est pas fait sans effort : J’ai dû plonger à plusieurs reprises pour rattacher mon « robot » au fond de la piscine. Britannica définit un robot comme « toute machine à fonctionnement automatique qui remplace l’effort humain ». D’autres exemples – plus subtils – de confusion dans la terminologie des robots me viennent également à l’esprit. Pepper, le malheureux robot de service aujourd’hui disparu, illustrait souvent des articles qui traitaient en fait de robots industriels. Même Boston Dynamics appelle parfois son robot de service quadruple Spot un robot industriel. Et dans la plupart des articles sur le sujet controversé des « robots qui volent des emplois », il n’est jamais précisé si les robots en question comprennent des systèmes de messagerie automatisés, des assistants vocaux, des taxis autopilotés ou, en fait, toute machine automatisée qui remplace l’effort humain, comme un distributeur automatique de billets. Pendant ce temps, la Chine continue de déployer un nombre impressionnant de robots – industriels – pour faire face à la pénurie croissante de main-d’œuvre.
Certains se demandent « qui va programmer ces dizaines de milliers de robots ? ». Mais ce n’est pas la bonne question à poser. L’automatisation de l’assemblage d’un téléphone portable ou de la couture d’une chaussure exige bien plus que la simple programmation d’un robot. D’autres pensent que les robots industriels apprendront bientôt de manière autonome, de la même manière qu’un Roomba finit par apprendre à balayer votre sol, même si votre chat le dérange. En effet, un nombre croissant de jeunes entreprises proposent des solutions logicielles, souvent basées sur l’IA, qui permettent de robotiser certains processus dans des environnements dynamiques, sans aucun codage.
Un exemple récent est celui d’Alphabet, la société mère de Google, qui a lancé Intrinsic. Intrinsic proposera « des logiciels et des outils d’IA qui utilisent les données des capteurs de l’environnement d’un robot afin qu’il puisse percevoir le monde réel, en tirer des enseignements et s’y adapter rapidement ». Ces solutions sont extrêmement utiles pour des tâches spécifiques telles que la palettisation, la préparation de commandes, le soudage ou même l’assemblage. Mais les produits et leurs processus de fabrication sont en constante évolution et certaines tâches prennent du temps à être maîtrisées, même par un être humain. Je me débats encore chaque fois que je dois débloquer une imprimante, et j’aime à penser que je ne suis pas le seul. Les robots ne sont donc pas en train de prendre le dessus. Si vous ne me croyez pas, demandez à votre assistant vocal préféré.
Les robots industriels en tant que composants d’automatisation
Un robot industriel est défini dans la norme ISO 8373 comme un « manipulateur polyvalent, reprogrammable, à commande automatique, programmable sur trois axes ou plus, qui peut être soit fixé sur place, soit fixé à une plateforme mobile pour être utilisé dans des applications d’automatisation industrielle ». Bien que le nombre de robots de service autonomes pour les applications d’entreposage, tels que ceux de Boston Dynamics ou de 6 River Systems, augmente rapidement, la grande majorité des robots utilisés dans l’automatisation industrielle, en particulier dans la fabrication, sont des robots industriels. Et la plupart d’entre eux sont des bras robotisés comme ceux que nous fabriquons chez Mecademic Robotics, bien qu’ils soient généralement beaucoup plus grands. L’année dernière, quelque 380 000 robots industriels ont été installés dans le monde, dont près de la moitié en Chine, selon la Fédération internationale de la robotique (IFR). Cependant, lorsque nous parlons d’automatisation des processus de fabrication, nous devons surtout penser à des machines à usage spécifique, telles qu’une station de remplissage, de bouchage et d’étiquetage de flacons. Ces machines sont constituées de dispositifs informatiques, d’actionneurs, de liaisons, de convoyeurs, de capteurs et de divers autres composants d’automatisation, avec un robot industriel occasionnel ici et là (voir l’exemple).
Les robots industriels sont généralement de petits – mais puissants – composants de systèmes automatisés très complexes, généralement construits par des intégrateurs de systèmes.
Les robots industriels sont généralement de petits – mais puissants – composants de systèmes automatisés très complexes, généralement construits par des intégrateurs de systèmes. Équipés de divers outils, les robots industriels peuvent accomplir des tâches complexes telles que le soudage, l’assemblage et l’inspection, ou des tâches simples de prise et de placement telles que la maintenance de machines, mais ils doivent toujours être considérés comme des composants. J’évite généralement d’utiliser le terme « cellule robotique », car il suggère que tout tourne autour du robot. Il ne faut pas croire qu’il s’agit d’une règle.
Dans cet exemple, le bras robotisé de Mecademic assemble le piston d’une seringue dans le cadre d’un système automatisé complexe (avec l’aimable autorisation de GTE).
Anatomie d’un robot industriel Un robot industriel est constitué de liens reliés par des articulations. Dans la plupart des cas, ces articulations sont toutes actionnées, c’est-à-dire qu’elles sont généralement couplées à des moteurs. Selon l’IFR, près des deux tiers des robots industriels sont des bras robotiques articulés, principalement des bras robotiques à six axes, ce qui signifie qu’ils sont constitués d’une série de liaisons reliées par six articulations actionnées. Environ un sixième des robots industriels sont des robots dits SCARA, qui peuvent être considérés comme une série de liens reliés par quatre moteurs. Il existe également d’autres types de robots industriels, tels que les robots portiques de prise et de dépose, les bras robotisés à sept axes et les robots parallèles, mais dans tous les cas, un robot industriel se compose d’un ensemble de liaisons, d’articulations et d’actionneurs, appelé manipulateur, ainsi que d’un contrôleur. Ce dernier se présente généralement sous la forme d’une armoire séparée et encombrante. Tous les manipulateurs ont une base à une extrémité qui doit être fixée à quelque chose, et une interface mécanique (une plaque avec des trous filetés) à l’autre extrémité à laquelle des outils tiers peuvent être fixés. Ces outils tiers, appelés effecteurs terminaux ou outils de fin de bras (EOAT), comprennent généralement une pince, un tournevis électrique, une torche de soudage ou un pistolet de collage.
Un bras robotique à six axes (à gauche) et un robot SCARA (à droite) de Mecademic, sans aucun outil
L’objectif principal du contrôleur d’un robot industriel est de gérer le mouvement des actionneurs du robot, de sorte que l’effecteur final du robot se déplace le long d’une trajectoire spécifiée avec une extrême précision (répétabilité) et une grande exactitude, sans trembler ni vibrer. Par exemple, les bras robotiques de Mecademic peuvent repositionner un outil à plusieurs reprises avec un écart ne dépassant pas 5 micromètres, soit un dixième du diamètre d’un cheveu humain. Cette mesure s’appelle la répétabilité. Ils peuvent également déplacer leurs effecteurs terminaux le long d’une trajectoire, par exemple un cercle, en ne s’écartant généralement pas de plus de 200 micromètres de cette trajectoire circulaire parfaite – c’est une mesure de la précision. Le contrôleur d’un robot industriel peut également réagir très rapidement aux événements extérieurs, généralement en quelques millisecondes.
Un robot industriel n’est généralement pas équipé de capteurs externes capables de percevoir son environnement. Toutefois, un robot industriel n’est généralement pas équipé de capteurs externes capables de percevoir son environnement et son contrôleur ne contient que peu, voire pas du tout, d’intelligence artificielle. Il s’agit pourtant d’un équipement très sophistiqué qui contient des centaines de milliers de lignes de code écrites sur mesure. Ce code comprend des algorithmes complexes qui planifient les mouvements, contrôlent les moteurs et assurent les communications en temps réel. Un robot industriel est une quasi-machine polyvalente, définie par la directive « Machines » 2006/42/CE, c’est-à-dire un « ensemble qui est presque une machine, mais qui ne peut pas réaliser en lui-même une application spécifique ». Pour devenir utile, un robot industriel doit être programmé ou guidé en temps réel par un dispositif informatique externe tel qu’un automate programmable. Mais il doit d’abord être équipé d’un effecteur et de capteurs.
Plus important encore, il doit être installé de manière intelligente en conjonction avec de nombreux autres composants d’automatisation, conformément aux normes de sécurité établies. En outre, le contrôleur d’un robot industriel dispose d’une puissance de traitement nettement inférieure à celle d’un smartphone contemporain typique. Par conséquent, si vous avez besoin d’une « intelligence augmentée », telle que des algorithmes avancés pour l’évitement d’obstacles en temps réel, ou pour la manipulation de pièces amassées au hasard dans un bac, vous avez besoin d’un ordinateur externe puissant avec des logiciels tiers sophistiqués. Sans ordinateur externe, les seuls algorithmes que vous pouvez programmer dans un robot industriel typique, ou dans l’automate programmable qui le contrôle, sont ceux qui sont basés sur les bonnes vieilles commandes « if-then-else ».
Programmation et utilisation d’un robot industriel
La plupart des robots industriels nécessitent au moins quelques jours de formation pour apprendre à les programmer et à les utiliser. Et chaque marque est programmée et utilisée de manière totalement différente. En revanche, les langages de programmation propriétaires des robots, les fonctionnalités détaillées et les différents niveaux d’interface sont complètement différents d’une marque à l’autre, et généralement complexes. Cette complexité est due au fait que de nombreux fabricants de robots n’ont pas eu à réinventer leur approche propriétaire depuis les années 1970, principalement en raison de l’importance de leur clientèle. Lorsqu’ils ont jeté les bases de leurs approches de programmation il y a plusieurs décennies, ils ne pouvaient pas prévoir les futurs produits et fonctionnalités qui sont aujourd’hui souvent manipulés de manière maladroite. En outre, les robots industriels ont toujours été conçus comme des machines presque autonomes. Jusqu’à récemment, le besoin d’interopérabilité et de facilité d’utilisation n’a pas été un moteur de changement. La philosophie de conception de Mecademic est différente : Nos robots ne dépendent d’aucun langage de programmation et sont conçus pour faire partie de systèmes d’automatisation complexes. De même, la plupart des robots dits collaboratifs qui ont été introduits au cours de la dernière décennie sont conçus avec des interfaces de programmation graphique simplifiées et sont plus faciles à prendre en main que les robots industriels traditionnels.
L’apprentissage d’un langage de programmation de robot propriétaire est complètement différent de l’apprentissage d’un langage de programmation général.
Cela dit, l’apprentissage d’un langage de programmation de robot propriétaire est complètement différent de l’apprentissage d’un langage de programmation général tel que C++ ou Python. Il s’agit principalement de comprendre les différentes commandes de mouvement liées au robot, ainsi que leurs multiples options et limitations. Ces commandes, options et limitations sont totalement différentes d’une marque de robot à l’autre, car elles ont été imaginées et mises en œuvre de manière unique, à différents stades de l’évolution du microprogramme du robot. Ainsi, même si le fait de ne pas avoir à apprendre la syntaxe d’un nouveau langage de programmation ou d’utiliser une interface graphique au lieu de coder est un grand avantage, vous devez toujours apprendre les détails de chaque action particulière du robot. Dans le domaine de la fabrication, la programmation d’un robot peut n’impliquer que quelques commandes de mouvement et un peu de logique. Cependant, les mouvements doivent être précis à quelques micromètres près et parfaitement synchronisés à quelques microsecondes près avec d’autres événements. Parfois, un client peut avoir besoin d’activer un signal exactement 0,1 seconde après que l’effecteur du robot a commencé à bouger. Un autre client souhaite que le robot s’arrête complètement, précisément sur la trajectoire initiale du mouvement, lorsqu’un signal est déclenché. Enfin, un autre client peut avoir besoin de déplacer plusieurs robots en parfaite synchronisation, l’un monté sur un guide linéaire et tenant l’outil, l’autre tenant la pièce. Comment mettre en œuvre des solutions pour tous ces scénarios ? La réponse est qu’il n’y a pas de recette unique, pas de meilleure solution, mais de multiples façons de répondre à ces besoins. Néanmoins, programmer un robot industriel pour qu’il exécute une séquence de mouvements est la partie la plus amusante ! Mais vous devez également apprendre à faire fonctionner le robot, à l’entretenir, à le maîtriser après un accident (mettre à jour ses compteurs de tours) et à le faire communiquer avec des équipements tiers.
SDC, un intégrateur de systèmes, a utilisé trois petits robots à six axes de Mecademic et un grand robot SCARA d’un autre fabricant de robots industriels (avec l’aimable autorisation de SDC).
En outre, il n’est souvent pas suffisant d’acquérir une expertise dans une seule marque de robots industriels. En effet, chaque fabricant de robots propose au moins deux modèles de robots présentant des caractéristiques uniques (taille, vitesse, précision, adaptation à des environnements sensibles, etc. Autrement, mes collègues et moi n’aurions pas acquis des dizaines de robots industriels de différentes marques dans notre laboratoire de recherche à l’ÉTS, y compris des hexapodes, des robots Delta, des bras robotisés à sept axes et divers cobots. Par exemple, Mecademic offre de loin le plus petit bras robotique industriel à six axes, et de même, un seul fabricant de robots offre des bras robotiques gigantesques pouvant manipuler des charges de plus de 2000 kg, ainsi que des hexapodes (un type de robot parallèle). Heureusement, pour les tâches courantes (certaines simples, d’autres très complexes), des start-ups comme ArtiMinds, Drag&Bot et Ready Robotics ont créé des interfaces graphiques basées sur des modèles et fonctionnant sur des ordinateurs distincts, qui permettent de programmer de manière identique une grande variété de marques de robots industriels. De même, plusieurs entreprises, telles que RoboDK et Visual Components, proposent désormais des logiciels de programmation et de simulation hors ligne qui fonctionnent avec différentes marques de robots industriels. Grâce aux post-processeurs, les programmes de robots peuvent être générés sans codage. Cette tendance s’inscrit dans la philosophie de Mecademic, selon laquelle les robots industriels, aussi sophistiqués soient-ils, doivent rester des composants d’automatisation polyvalents, plutôt que des machines autonomes. C’est pourquoi nous concevons intentionnellement nos robots de manière à ce qu’ils puissent être facilement interfacés avec d’autres dispositifs informatiques et progiciels qui prendront en charge tous les scénarios d’utilisation potentiels. Mais vous devez toujours apprendre à mettre le robot en marche, à le connecter à d’autres équipements, à le réinitialiser après une collision ou à mettre à jour son microprogramme – des tâches qui ne peuvent être accomplies qu’à l’aide de l’interface du robot d’origine. En outre, l’utilisation d’interfaces de programmation indépendantes de la marque vous fait perdre l’accès à certaines des fonctions et options avancées offertes par chaque marque de robot. C’est pourquoi certains fabricants de robots proposent eux-mêmes des interfaces simplifiées supplémentaires pour la programmation intuitive des tâches de base du robot.
Comment les robots industriels sont-ils utilisés pour automatiser les processus de fabrication ?
Les machines spéciales à haut rendement sont imbattables en termes d’efficacité. Ces machines sont fabriquées sur mesure et adaptées à un seul produit avec peu de variations, voire aucune (voir l’exemple). Elles peuvent être extrêmement coûteuses, leur conception et leur développement prennent beaucoup de temps et elles ne sont utiles que pour les produits à grand volume et à faible mélange, dont le cycle de vie est long. Souvent, il est plus rapide et plus économique d’utiliser un robot industriel pour automatiser certaines parties d’un processus de fabrication, même si le robot peut sembler être une solution surdimensionnée. Il est souvent plus rapide et plus économique d’utiliser un robot industriel pour automatiser certaines parties d’un processus de fabrication, même si le robot peut sembler être une solution surdimensionnée. Par exemple, vous pourriez finir par utiliser un bras robotisé à six axes, équipé d’une ventouse, dans le seul but de prélever des pièces identiques à un endroit et de les placer à un autre. Cela dit, il existe de nombreuses tâches telles que le soudage, le collage ou l’inspection de pièces de forme complexe qui ne peuvent être automatisées qu’à l’aide d’un robot à six axes. En outre, les robots industriels peuvent être équipés de plusieurs outils et accomplir différentes tâches (voir l’exemple) qui nécessiteraient autrement plusieurs machines sur mesure.
Un simple bol vibrant utilisé dans une application horlogère (à gauche, avec l’aimable autorisation d’Horosys) et un exemple de prélèvement de bacs en 3D (à droite, avec l’aimable autorisation de CapSen Robotics).
Un bon exemple qui illustre la différence entre l’automatisation fixe et la robotique est celui de l’alimentateur vibrant et de la préparation de commandes en 3D. Prenons l’exemple d’un scénario d’automatisation typique dans lequel des pièces identiques arrivent en vrac et doivent être placées une par une à un endroit précis, un processus appelé « singularisation ». L’approche traditionnelle consiste à utiliser un bol vibrant (voir la vidéo). Ce dernier est typiquement un bol (une trémie) qui vibre, avec des pistes en spirale, et équipé de divers obstacles qui font basculer les pièces orientées de manière aléatoire jusqu’à ce qu’elles sortent de la piste dans une orientation prédéterminée. Plus la forme de la pièce est complexe, plus le bol vibrant est complexe.
La conception des alimentateurs relève presque de l’art et constitue un processus complexe et coûteux. Cependant, ces distributeurs peuvent fournir jusqu’à quatre pièces par seconde. Même le robot de prélèvement et de placement le plus rapide ne peut pas gérer autant de transferts par seconde, c’est pourquoi ces bols vibrants à haut débit sont souvent utilisés avec un système de transfert de pièces conçu sur mesure. Si des vitesses inférieures peuvent être tolérées ou si une variété de pièces doit être manipulée, vous pouvez utiliser un système de vision 3D (généralement une paire de caméras et un projecteur d’un motif lumineux connu, tel qu’une grille) pour transmettre des données à un robot industriel à six axes afin qu’il effectue le prélèvement dans les bacs. Les pièces sont empilées au hasard dans un bac, et le système de vision 3D identifie la position et l’orientation de chaque pièce qui est (au moins partiellement) dégagée et peut donc être facilement prélevée par un robot à six axes.
Pour le système d’alimentation par bol vibrant, le délai de mise en œuvre peut être de plusieurs mois, mais le processus est alors extrêmement rapide. Cependant, dès que vous modifiez votre produit, vous devez apporter des modifications importantes à votre système. Le système basé sur la vision 3D est presque prêt à l’emploi… à l’exception de la mise au point du système de vision, de l’installation de la pince, de la conception et de l’usinage des doigts de la pince, de l’installation du robot et du système de vision, etc.
En effet, les robots industriels offrent une certaine flexibilité et sont souvent facilement disponibles, mais ce ne sont pas des solutions clés en main. Souvent, même l’installation de la pince la plus simple possible sur un robot nécessite des compétences en mécanique, en électricité et en programmation et peut prendre des heures. Mais avant cela, vous devez choisir votre pince parmi les centaines de modèles disponibles sur le marché. Heureusement, l’avènement de ce que l’on appelle les cobots a lancé une tendance à proposer des outils robotiques prêts à l’emploi, mais jusqu’à présent, ces outils sont principalement réservés à certaines marques de cobots. Mecademic est probablement le seul fabricant de robots (non collaboratifs) à proposer également des pinces qui sont – naturellement – prêtes à l’emploi. Ensuite, il faut bien sûr concevoir et construire l’installation physique. Heureusement, il existe aussi des start-ups qui peuvent vous simplifier la tâche. Vention, par exemple, propose un logiciel de conception 3D basé sur le cloud pour la construction de machines et de cellules robotisées, et Tessella Automation propose des modules mécaniques pour la construction d’installations d’automatisation de précision. Mais dans de nombreux cas, en raison de ressources limitées (espace, budget, etc.), l’installation d’un robot ne se limite pas à visser et à câbler des composants et nécessite le type de connaissances que je dispense dans mon cours de robotique et que nous proposons sur notre site web.
L’espace est souvent une ressource rare, d’où l’importance d’un placement optimal des composants d’automatisation (avec l’aimable autorisation de GRITEC).
Supposons que vous ayez conçu et construit une installation dans laquelle un robot doit ramasser des pièces en les saisissant d’une manière unique à partir de divers emplacements imprévisibles, identifiés par un système de vision. Quel que soit l’outil de simulation ou d’IA que vous utilisez aujourd’hui, il ne détectera probablement pas automatiquement la possibilité que votre robot ne puisse pas saisir la pièce à certains endroits en raison d’une limitation physique appelée singularité (celle qui est mathématique, pas celle qui relève de la science-fiction). Ou encore, supposons que vous deviez inspecter une pièce en la présentant devant une caméra dans plusieurs orientations. Aucun outil disponible dans le commerce n’optimisera la séquence de ces réorientations pour minimiser votre temps de cycle. Aucun logiciel ne vous aidera à trouver le meilleur angle d’installation pour votre pince ou ne vous suggérera d’installer trois outils différents sur votre robot. Ces optimisations sont toutes réalisables et nous les faisons régulièrement dans les universités, mais il y a tellement de scénarios d’utilisation différents que, s’il existait un logiciel pour chacun d’entre eux, il serait probablement incroyablement complexe à utiliser.
Comment l’IA améliore-t-elle le déploiement des robots industriels ?
L’intelligence artificielle (IA) est un terme vague dont il n’existe pas de définition largement acceptée mais, lorsqu’il est utilisé en relation avec la robotique, il implique souvent l’utilisation de l’apprentissage automatique (une branche de l’IA), où il n’y a pas de programmation explicite mais un apprentissage par l’expérience (c’est-à-dire à partir d’un grand nombre de données). Vicarious, par exemple, est un intégrateur de systèmes unique qui utilise l’apprentissage automatique pour effectuer divers types de prélèvement, de palettisation et d’emballage dans des bacs en 3D. Dans la plupart des applications de fabrication, cependant, lorsqu’un processus doit être automatisé à l’aide d’un robot, il n’est pas nécessaire de recourir à l’apprentissage automatique. Les pièces sont toujours présentées de la même manière, au même endroit, et l’environnement ne change jamais, de sorte que vous pouvez trouver une conception optimale pour votre système – en minimisant le temps de cycle, par exemple. Pour ce type de problème, d’autres sous-ensembles moins populaires de l’IA sont extrêmement utiles, tels que les algorithmes d’optimisation inspirés de la nature. Il existe aujourd’hui des solutions d’IA clés en main pour un nombre croissant d’applications courantes. Nous avons déjà évoqué le prélèvement de bacs en 3D, qui est en train de devenir une technologie mature, mais les caméras intelligentes en 2D capables de communiquer directement l’emplacement d’une pièce à un contrôleur de robot existent depuis des dizaines d’années. Aujourd’hui, nous disposons également de solutions d’IA pour d’autres tâches complexes. Le soudage est une application populaire, et Path Robotics, par exemple, propose des systèmes complets composés d’un robot équipé d’une torche de soudage, éventuellement d’une table tournante, de quelques capteurs et, surtout, d’un logiciel qui utilise l’IA pour programmer automatiquement les mouvements optimaux du robot nécessaires au soudage d’une pièce complexe. La palettisation est une autre application très courante pour laquelle vous pouvez utiliser un logiciel qui programme automatiquement votre robot, même dans le cas de boîtes de tailles différentes. La peinture est une autre application pour laquelle nous disposons de solutions similaires (par exemple, Omnirobotic). Pour les applications nécessitant une planification des mouvements en temps réel, Realtime Robotics propose des capteurs et un contrôleur haut de gamme avec un logiciel de programmation intuitive.
L’IA ouvre sans aucun doute de nouveaux horizons pour la robotique industrielle et l’automatisation en général, mais elle reste un catalyseur et non une solution complète.
L’IA ouvre sans aucun doute de nouveaux horizons à la robotique industrielle et à l’automatisation, mais elle reste un outil et non une solution complète. Vous devrez toujours rechercher et choisir les bons composants d’automatisation – parmi des milliers de possibilités – et trouver leur emplacement optimal, puis concevoir et construire des plaques d’adaptation, des supports et des cadres, câbler tous les composants et, enfin, intégrer le tout conformément aux normes de sécurité des machines. Heureusement, les tendances actuelles à la simplification et à la normalisation faciliteront grandement l’adoption de la robotique industrielle et renforceront l’importance des outils d’intelligence artificielle. (Le consortium industriel ROS, par exemple, fournit des interfaces pour les robots industriels, les pinces et les capteurs, ainsi que des progiciels pour les tâches courantes. Mais le besoin d’éducation en matière de robotique générale et d’automatisation ne va pas seulement demeurer, il va aussi augmenter de façon spectaculaire. N’attendez donc pas la singularité et commencez à explorer les robots. Les robots industriels ne deviendront pas des androïdes multicompétents clés en main de sitôt, mais leur déploiement n’est pas sorcier et devient de plus en plus facile. Vous aurez besoin de certaines compétences techniques, bien sûr, mais vous ne partirez pas de zéro pour créer votre application. Quelque trois millions de robots industriels sont déjà en service, et nombre de ces installations sont décrites dans des études de cas et des forums. Les fabricants proposent divers exemples de codage et de pilotes ; l’interopérabilité entre les équipements d’automatisation s’améliore. Une nouvelle ère de la robotique industrielle a commencé.
Peu de gens font la distinction entre les machines, les robots, les robots de service et les robots industriels. Et pour plusieurs, l’intelligence artificielle (IA) est une technologie mystique qui mènera éventuellement à l’automatisation d’à peu près tout ce que nous, les humains, faisons pour vivre, y compris la fabrication. Il m’arrive aussi d’hésiter et de devoir mettre à jour les explications de ces termes liés à l’automatisation pour mon cours de premier cycle sur la robotique industrielle à l’ÉTS. Bien que la plupart de ces termes soient définis par l’Organisation internationale de normalisation (ISO), leur utilisation dans l’industrie peut varier en raison des innovations technologiques constantes. De plus, l’utilisation de ces termes dans les médias grand public est souvent arbitraire, surtout lorsqu’il s’agit de fabrication. La vérité est qu’aujourd’hui, la fabrication est de plus en plus automatisée, avec davantage de robots industriels, une prolifération rapide des robots de service (essentiellement des robots mobiles) et une profusion de machines sur mesure. Les progrès de l’IA et de la technologie des capteurs, ainsi que d’autres moyens de simplifier le déploiement des robots, accéléreront encore le rythme de l’automatisation de la fabrication, mais il n’y a pas d’apocalypse à venir.
Dans cet article, je commencerai par dissiper quelques idées fausses concernant l’utilisation des robots dans la fabrication, puis je me concentrerai sur les robots industriels. J’expliquerai pourquoi la programmation d’un robot industriel ne représente qu’une petite partie de son utilité, et encore moins de son utilisation optimale. Je soutiendrai ensuite que les robots industriels sont des composants d’automatisation et que, malgré les progrès de l’IA, certaines compétences en matière d’intégration de systèmes et une compréhension de base des concepts robotiques sont toujours nécessaires pour déployer avec succès des robots industriels.
Les « robots » arrivent !
Il y a dix ans, j’ai été ravi de lire dans mon nouveau contrat de piscine que je recevais gratuitement un « robot nettoyeur de piscine », avant de réaliser plus tard que ledit « robot » n’était qu’une liane de piscine en plastique sans moteur, sans électronique, sans cerveau. Certains de mes collègues universitaires pourraient affirmer que ce robot de piscine est un exemple d’intelligence mécanique, où un effet de vortex créé par l’aspiration de la pompe de la piscine fait ramper le soi-disant « robot » (bien qu’au hasard) et que ce nettoyeur est un robot.
En effet, Britannica définit un robot simplement comme « toute machine à fonctionnement automatique qui remplace l’effort humain ».
Mais le nettoyage de ma piscine ne s’est pas fait sans effort : J’ai dû plonger à plusieurs reprises pour rattacher mon « robot » au fond de la piscine. Britannica définit un robot comme « toute machine à fonctionnement automatique qui remplace l’effort humain ». D’autres exemples – plus subtils – de confusion dans la terminologie des robots me viennent également à l’esprit. Pepper, le malheureux robot de service aujourd’hui disparu, illustrait souvent des articles qui traitaient en fait de robots industriels. Même Boston Dynamics appelle parfois son robot de service quadruple Spot un robot industriel. Et dans la plupart des articles sur le sujet controversé des « robots qui volent des emplois », il n’est jamais précisé si les robots en question comprennent des systèmes de messagerie automatisés, des assistants vocaux, des taxis autopilotés ou, en fait, toute machine automatisée qui remplace l’effort humain, comme un distributeur automatique de billets. Pendant ce temps, la Chine continue de déployer un nombre impressionnant de robots – industriels – pour faire face à la pénurie croissante de main-d’œuvre.
Certains se demandent « qui va programmer ces dizaines de milliers de robots ? ». Mais ce n’est pas la bonne question à poser. L’automatisation de l’assemblage d’un téléphone portable ou de la couture d’une chaussure exige bien plus que la simple programmation d’un robot. D’autres pensent que les robots industriels apprendront bientôt de manière autonome, de la même manière qu’un Roomba finit par apprendre à balayer votre sol, même si votre chat le dérange. En effet, un nombre croissant de jeunes entreprises proposent des solutions logicielles, souvent basées sur l’IA, qui permettent de robotiser certains processus dans des environnements dynamiques, sans aucun codage.
Un exemple récent est celui d’Alphabet, la société mère de Google, qui a lancé Intrinsic. Intrinsic proposera « des logiciels et des outils d’IA qui utilisent les données des capteurs de l’environnement d’un robot afin qu’il puisse percevoir le monde réel, en tirer des enseignements et s’y adapter rapidement ». Ces solutions sont extrêmement utiles pour des tâches spécifiques telles que la palettisation, la préparation de commandes, le soudage ou même l’assemblage. Mais les produits et leurs processus de fabrication sont en constante évolution et certaines tâches prennent du temps à être maîtrisées, même par un être humain. Je me débats encore chaque fois que je dois débloquer une imprimante, et j’aime à penser que je ne suis pas le seul. Les robots ne sont donc pas en train de prendre le dessus. Si vous ne me croyez pas, demandez à votre assistant vocal préféré.
Les robots industriels en tant que composants d’automatisation
Un robot industriel est défini dans la norme ISO 8373 comme un « manipulateur polyvalent, reprogrammable, à commande automatique, programmable sur trois axes ou plus, qui peut être soit fixé sur place, soit fixé à une plateforme mobile pour être utilisé dans des applications d’automatisation industrielle ». Bien que le nombre de robots de service autonomes pour les applications d’entreposage, tels que ceux de Boston Dynamics ou de 6 River Systems, augmente rapidement, la grande majorité des robots utilisés dans l’automatisation industrielle, en particulier dans la fabrication, sont des robots industriels. Et la plupart d’entre eux sont des bras robotisés comme ceux que nous fabriquons chez Mecademic Robotics, bien qu’ils soient généralement beaucoup plus grands. L’année dernière, quelque 380 000 robots industriels ont été installés dans le monde, dont près de la moitié en Chine, selon la Fédération internationale de la robotique (IFR). Cependant, lorsque nous parlons d’automatisation des processus de fabrication, nous devons surtout penser à des machines à usage spécifique, telles qu’une station de remplissage, de bouchage et d’étiquetage de flacons. Ces machines sont constituées de dispositifs informatiques, d’actionneurs, de liaisons, de convoyeurs, de capteurs et de divers autres composants d’automatisation, avec un robot industriel occasionnel ici et là (voir l’exemple).
Les robots industriels sont généralement de petits – mais puissants – composants de systèmes automatisés très complexes, généralement construits par des intégrateurs de systèmes.
Les robots industriels sont généralement de petits – mais puissants – composants de systèmes automatisés très complexes, généralement construits par des intégrateurs de systèmes. Équipés de divers outils, les robots industriels peuvent accomplir des tâches complexes telles que le soudage, l’assemblage et l’inspection, ou des tâches simples de prise et de placement telles que la maintenance de machines, mais ils doivent toujours être considérés comme des composants. J’évite généralement d’utiliser le terme « cellule robotique », car il suggère que tout tourne autour du robot. Il ne faut pas croire qu’il s’agit d’une règle.
Dans cet exemple, le bras robotisé de Mecademic assemble le piston d’une seringue dans le cadre d’un système automatisé complexe (avec l’aimable autorisation de GTE).
Anatomie d’un robot industriel Un robot industriel est constitué de liens reliés par des articulations. Dans la plupart des cas, ces articulations sont toutes actionnées, c’est-à-dire qu’elles sont généralement couplées à des moteurs. Selon l’IFR, près des deux tiers des robots industriels sont des bras robotiques articulés, principalement des bras robotiques à six axes, ce qui signifie qu’ils sont constitués d’une série de liaisons reliées par six articulations actionnées. Environ un sixième des robots industriels sont des robots dits SCARA, qui peuvent être considérés comme une série de liens reliés par quatre moteurs. Il existe également d’autres types de robots industriels, tels que les robots portiques de prise et de dépose, les bras robotisés à sept axes et les robots parallèles, mais dans tous les cas, un robot industriel se compose d’un ensemble de liaisons, d’articulations et d’actionneurs, appelé manipulateur, ainsi que d’un contrôleur. Ce dernier se présente généralement sous la forme d’une armoire séparée et encombrante. Tous les manipulateurs ont une base à une extrémité qui doit être fixée à quelque chose, et une interface mécanique (une plaque avec des trous filetés) à l’autre extrémité à laquelle des outils tiers peuvent être fixés. Ces outils tiers, appelés effecteurs terminaux ou outils de fin de bras (EOAT), comprennent généralement une pince, un tournevis électrique, une torche de soudage ou un pistolet de collage.
Un bras robotique à six axes (à gauche) et un robot SCARA (à droite) de Mecademic, sans aucun outil
L’objectif principal du contrôleur d’un robot industriel est de gérer le mouvement des actionneurs du robot, de sorte que l’effecteur final du robot se déplace le long d’une trajectoire spécifiée avec une extrême précision (répétabilité) et une grande exactitude, sans trembler ni vibrer. Par exemple, les bras robotiques de Mecademic peuvent repositionner un outil à plusieurs reprises avec un écart ne dépassant pas 5 micromètres, soit un dixième du diamètre d’un cheveu humain. Cette mesure s’appelle la répétabilité. Ils peuvent également déplacer leurs effecteurs terminaux le long d’une trajectoire, par exemple un cercle, en ne s’écartant généralement pas de plus de 200 micromètres de cette trajectoire circulaire parfaite – c’est une mesure de la précision. Le contrôleur d’un robot industriel peut également réagir très rapidement aux événements extérieurs, généralement en quelques millisecondes.
Un robot industriel n’est généralement pas équipé de capteurs externes capables de percevoir son environnement. Toutefois, un robot industriel n’est généralement pas équipé de capteurs externes capables de percevoir son environnement et son contrôleur ne contient que peu, voire pas du tout, d’intelligence artificielle. Il s’agit pourtant d’un équipement très sophistiqué qui contient des centaines de milliers de lignes de code écrites sur mesure. Ce code comprend des algorithmes complexes qui planifient les mouvements, contrôlent les moteurs et assurent les communications en temps réel. Un robot industriel est une quasi-machine polyvalente, définie par la directive « Machines » 2006/42/CE, c’est-à-dire un « ensemble qui est presque une machine, mais qui ne peut pas réaliser en lui-même une application spécifique ». Pour devenir utile, un robot industriel doit être programmé ou guidé en temps réel par un dispositif informatique externe tel qu’un automate programmable. Mais il doit d’abord être équipé d’un effecteur et de capteurs.
Plus important encore, il doit être installé de manière intelligente en conjonction avec de nombreux autres composants d’automatisation, conformément aux normes de sécurité établies. En outre, le contrôleur d’un robot industriel dispose d’une puissance de traitement nettement inférieure à celle d’un smartphone contemporain typique. Par conséquent, si vous avez besoin d’une « intelligence augmentée », telle que des algorithmes avancés pour l’évitement d’obstacles en temps réel, ou pour la manipulation de pièces amassées au hasard dans un bac, vous avez besoin d’un ordinateur externe puissant avec des logiciels tiers sophistiqués. Sans ordinateur externe, les seuls algorithmes que vous pouvez programmer dans un robot industriel typique, ou dans l’automate programmable qui le contrôle, sont ceux qui sont basés sur les bonnes vieilles commandes « if-then-else ».
Programmation et utilisation d’un robot industriel
La plupart des robots industriels nécessitent au moins quelques jours de formation pour apprendre à les programmer et à les utiliser. Et chaque marque est programmée et utilisée de manière totalement différente. En revanche, les langages de programmation propriétaires des robots, les fonctionnalités détaillées et les différents niveaux d’interface sont complètement différents d’une marque à l’autre, et généralement complexes. Cette complexité est due au fait que de nombreux fabricants de robots n’ont pas eu à réinventer leur approche propriétaire depuis les années 1970, principalement en raison de l’importance de leur clientèle. Lorsqu’ils ont jeté les bases de leurs approches de programmation il y a plusieurs décennies, ils ne pouvaient pas prévoir les futurs produits et fonctionnalités qui sont aujourd’hui souvent manipulés de manière maladroite. En outre, les robots industriels ont toujours été conçus comme des machines presque autonomes. Jusqu’à récemment, le besoin d’interopérabilité et de facilité d’utilisation n’a pas été un moteur de changement. La philosophie de conception de Mecademic est différente : Nos robots ne dépendent d’aucun langage de programmation et sont conçus pour faire partie de systèmes d’automatisation complexes. De même, la plupart des robots dits collaboratifs qui ont été introduits au cours de la dernière décennie sont conçus avec des interfaces de programmation graphique simplifiées et sont plus faciles à prendre en main que les robots industriels traditionnels.
L’apprentissage d’un langage de programmation de robot propriétaire est complètement différent de l’apprentissage d’un langage de programmation général.
Cela dit, l’apprentissage d’un langage de programmation de robot propriétaire est complètement différent de l’apprentissage d’un langage de programmation général tel que C++ ou Python. Il s’agit principalement de comprendre les différentes commandes de mouvement liées au robot, ainsi que leurs multiples options et limitations. Ces commandes, options et limitations sont totalement différentes d’une marque de robot à l’autre, car elles ont été imaginées et mises en œuvre de manière unique, à différents stades de l’évolution du microprogramme du robot. Ainsi, même si le fait de ne pas avoir à apprendre la syntaxe d’un nouveau langage de programmation ou d’utiliser une interface graphique au lieu de coder est un grand avantage, vous devez toujours apprendre les détails de chaque action particulière du robot. Dans le domaine de la fabrication, la programmation d’un robot peut n’impliquer que quelques commandes de mouvement et un peu de logique. Cependant, les mouvements doivent être précis à quelques micromètres près et parfaitement synchronisés à quelques microsecondes près avec d’autres événements. Parfois, un client peut avoir besoin d’activer un signal exactement 0,1 seconde après que l’effecteur du robot a commencé à bouger. Un autre client souhaite que le robot s’arrête complètement, précisément sur la trajectoire initiale du mouvement, lorsqu’un signal est déclenché. Enfin, un autre client peut avoir besoin de déplacer plusieurs robots en parfaite synchronisation, l’un monté sur un guide linéaire et tenant l’outil, l’autre tenant la pièce. Comment mettre en œuvre des solutions pour tous ces scénarios ? La réponse est qu’il n’y a pas de recette unique, pas de meilleure solution, mais de multiples façons de répondre à ces besoins. Néanmoins, programmer un robot industriel pour qu’il exécute une séquence de mouvements est la partie la plus amusante ! Mais vous devez également apprendre à faire fonctionner le robot, à l’entretenir, à le maîtriser après un accident (mettre à jour ses compteurs de tours) et à le faire communiquer avec des équipements tiers.
SDC, un intégrateur de systèmes, a utilisé trois petits robots à six axes de Mecademic et un grand robot SCARA d’un autre fabricant de robots industriels (avec l’aimable autorisation de SDC).
En outre, il n’est souvent pas suffisant d’acquérir une expertise dans une seule marque de robots industriels. En effet, chaque fabricant de robots propose au moins deux modèles de robots présentant des caractéristiques uniques (taille, vitesse, précision, adaptation à des environnements sensibles, etc. Autrement, mes collègues et moi n’aurions pas acquis des dizaines de robots industriels de différentes marques dans notre laboratoire de recherche à l’ÉTS, y compris des hexapodes, des robots Delta, des bras robotisés à sept axes et divers cobots. Par exemple, Mecademic offre de loin le plus petit bras robotique industriel à six axes, et de même, un seul fabricant de robots offre des bras robotiques gigantesques pouvant manipuler des charges de plus de 2000 kg, ainsi que des hexapodes (un type de robot parallèle). Heureusement, pour les tâches courantes (certaines simples, d’autres très complexes), des start-ups comme ArtiMinds, Drag&Bot et Ready Robotics ont créé des interfaces graphiques basées sur des modèles et fonctionnant sur des ordinateurs distincts, qui permettent de programmer de manière identique une grande variété de marques de robots industriels. De même, plusieurs entreprises, telles que RoboDK et Visual Components, proposent désormais des logiciels de programmation et de simulation hors ligne qui fonctionnent avec différentes marques de robots industriels. Grâce aux post-processeurs, les programmes de robots peuvent être générés sans codage. Cette tendance s’inscrit dans la philosophie de Mecademic, selon laquelle les robots industriels, aussi sophistiqués soient-ils, doivent rester des composants d’automatisation polyvalents, plutôt que des machines autonomes. C’est pourquoi nous concevons intentionnellement nos robots de manière à ce qu’ils puissent être facilement interfacés avec d’autres dispositifs informatiques et progiciels qui prendront en charge tous les scénarios d’utilisation potentiels. Mais vous devez toujours apprendre à mettre le robot en marche, à le connecter à d’autres équipements, à le réinitialiser après une collision ou à mettre à jour son microprogramme – des tâches qui ne peuvent être accomplies qu’à l’aide de l’interface du robot d’origine. En outre, l’utilisation d’interfaces de programmation indépendantes de la marque vous fait perdre l’accès à certaines des fonctions et options avancées offertes par chaque marque de robot. C’est pourquoi certains fabricants de robots proposent eux-mêmes des interfaces simplifiées supplémentaires pour la programmation intuitive des tâches de base du robot.
Comment les robots industriels sont-ils utilisés pour automatiser les processus de fabrication ?
Les machines spéciales à haut rendement sont imbattables en termes d’efficacité. Ces machines sont fabriquées sur mesure et adaptées à un seul produit avec peu de variations, voire aucune (voir l’exemple). Elles peuvent être extrêmement coûteuses, leur conception et leur développement prennent beaucoup de temps et elles ne sont utiles que pour les produits à grand volume et à faible mélange, dont le cycle de vie est long. Souvent, il est plus rapide et plus économique d’utiliser un robot industriel pour automatiser certaines parties d’un processus de fabrication, même si le robot peut sembler être une solution surdimensionnée. Il est souvent plus rapide et plus économique d’utiliser un robot industriel pour automatiser certaines parties d’un processus de fabrication, même si le robot peut sembler être une solution surdimensionnée. Par exemple, vous pourriez finir par utiliser un bras robotisé à six axes, équipé d’une ventouse, dans le seul but de prélever des pièces identiques à un endroit et de les placer à un autre. Cela dit, il existe de nombreuses tâches telles que le soudage, le collage ou l’inspection de pièces de forme complexe qui ne peuvent être automatisées qu’à l’aide d’un robot à six axes. En outre, les robots industriels peuvent être équipés de plusieurs outils et accomplir différentes tâches (voir l’exemple) qui nécessiteraient autrement plusieurs machines sur mesure.
Un simple bol vibrant utilisé dans une application horlogère (à gauche, avec l’aimable autorisation d’Horosys) et un exemple de prélèvement de bacs en 3D (à droite, avec l’aimable autorisation de CapSen Robotics).
Un bon exemple qui illustre la différence entre l’automatisation fixe et la robotique est celui de l’alimentateur vibrant et de la préparation de commandes en 3D. Prenons l’exemple d’un scénario d’automatisation typique dans lequel des pièces identiques arrivent en vrac et doivent être placées une par une à un endroit précis, un processus appelé « singularisation ». L’approche traditionnelle consiste à utiliser un bol vibrant (voir la vidéo). Ce dernier est typiquement un bol (une trémie) qui vibre, avec des pistes en spirale, et équipé de divers obstacles qui font basculer les pièces orientées de manière aléatoire jusqu’à ce qu’elles sortent de la piste dans une orientation prédéterminée. Plus la forme de la pièce est complexe, plus le bol vibrant est complexe.
La conception des alimentateurs relève presque de l’art et constitue un processus complexe et coûteux. Cependant, ces distributeurs peuvent fournir jusqu’à quatre pièces par seconde. Même le robot de prélèvement et de placement le plus rapide ne peut pas gérer autant de transferts par seconde, c’est pourquoi ces bols vibrants à haut débit sont souvent utilisés avec un système de transfert de pièces conçu sur mesure. Si des vitesses inférieures peuvent être tolérées ou si une variété de pièces doit être manipulée, vous pouvez utiliser un système de vision 3D (généralement une paire de caméras et un projecteur d’un motif lumineux connu, tel qu’une grille) pour transmettre des données à un robot industriel à six axes afin qu’il effectue le prélèvement dans les bacs. Les pièces sont empilées au hasard dans un bac, et le système de vision 3D identifie la position et l’orientation de chaque pièce qui est (au moins partiellement) dégagée et peut donc être facilement prélevée par un robot à six axes.
Pour le système d’alimentation par bol vibrant, le délai de mise en œuvre peut être de plusieurs mois, mais le processus est alors extrêmement rapide. Cependant, dès que vous modifiez votre produit, vous devez apporter des modifications importantes à votre système. Le système basé sur la vision 3D est presque prêt à l’emploi… à l’exception de la mise au point du système de vision, de l’installation de la pince, de la conception et de l’usinage des doigts de la pince, de l’installation du robot et du système de vision, etc.
En effet, les robots industriels offrent une certaine flexibilité et sont souvent facilement disponibles, mais ce ne sont pas des solutions clés en main. Souvent, même l’installation de la pince la plus simple possible sur un robot nécessite des compétences en mécanique, en électricité et en programmation et peut prendre des heures. Mais avant cela, vous devez choisir votre pince parmi les centaines de modèles disponibles sur le marché. Heureusement, l’avènement de ce que l’on appelle les cobots a lancé une tendance à proposer des outils robotiques prêts à l’emploi, mais jusqu’à présent, ces outils sont principalement réservés à certaines marques de cobots. Mecademic est probablement le seul fabricant de robots (non collaboratifs) à proposer également des pinces qui sont – naturellement – prêtes à l’emploi. Ensuite, il faut bien sûr concevoir et construire l’installation physique. Heureusement, il existe aussi des start-ups qui peuvent vous simplifier la tâche. Vention, par exemple, propose un logiciel de conception 3D basé sur le cloud pour la construction de machines et de cellules robotisées, et Tessella Automation propose des modules mécaniques pour la construction d’installations d’automatisation de précision. Mais dans de nombreux cas, en raison de ressources limitées (espace, budget, etc.), l’installation d’un robot ne se limite pas à visser et à câbler des composants et nécessite le type de connaissances que je dispense dans mon cours de robotique et que nous proposons sur notre site web.
L’espace est souvent une ressource rare, d’où l’importance d’un placement optimal des composants d’automatisation (avec l’aimable autorisation de GRITEC).
Supposons que vous ayez conçu et construit une installation dans laquelle un robot doit ramasser des pièces en les saisissant d’une manière unique à partir de divers emplacements imprévisibles, identifiés par un système de vision. Quel que soit l’outil de simulation ou d’IA que vous utilisez aujourd’hui, il ne détectera probablement pas automatiquement la possibilité que votre robot ne puisse pas saisir la pièce à certains endroits en raison d’une limitation physique appelée singularité (celle qui est mathématique, pas celle qui relève de la science-fiction). Ou encore, supposons que vous deviez inspecter une pièce en la présentant devant une caméra dans plusieurs orientations. Aucun outil disponible dans le commerce n’optimisera la séquence de ces réorientations pour minimiser votre temps de cycle. Aucun logiciel ne vous aidera à trouver le meilleur angle d’installation pour votre pince ou ne vous suggérera d’installer trois outils différents sur votre robot. Ces optimisations sont toutes réalisables et nous les faisons régulièrement dans les universités, mais il y a tellement de scénarios d’utilisation différents que, s’il existait un logiciel pour chacun d’entre eux, il serait probablement incroyablement complexe à utiliser.
Comment l’IA améliore-t-elle le déploiement des robots industriels ?
L’intelligence artificielle (IA) est un terme vague dont il n’existe pas de définition largement acceptée mais, lorsqu’il est utilisé en relation avec la robotique, il implique souvent l’utilisation de l’apprentissage automatique (une branche de l’IA), où il n’y a pas de programmation explicite mais un apprentissage par l’expérience (c’est-à-dire à partir d’un grand nombre de données). Vicarious, par exemple, est un intégrateur de systèmes unique qui utilise l’apprentissage automatique pour effectuer divers types de prélèvement, de palettisation et d’emballage dans des bacs en 3D. Dans la plupart des applications de fabrication, cependant, lorsqu’un processus doit être automatisé à l’aide d’un robot, il n’est pas nécessaire de recourir à l’apprentissage automatique. Les pièces sont toujours présentées de la même manière, au même endroit, et l’environnement ne change jamais, de sorte que vous pouvez trouver une conception optimale pour votre système – en minimisant le temps de cycle, par exemple. Pour ce type de problème, d’autres sous-ensembles moins populaires de l’IA sont extrêmement utiles, tels que les algorithmes d’optimisation inspirés de la nature. Il existe aujourd’hui des solutions d’IA clés en main pour un nombre croissant d’applications courantes. Nous avons déjà évoqué le prélèvement de bacs en 3D, qui est en train de devenir une technologie mature, mais les caméras intelligentes en 2D capables de communiquer directement l’emplacement d’une pièce à un contrôleur de robot existent depuis des dizaines d’années. Aujourd’hui, nous disposons également de solutions d’IA pour d’autres tâches complexes. Le soudage est une application populaire, et Path Robotics, par exemple, propose des systèmes complets composés d’un robot équipé d’une torche de soudage, éventuellement d’une table tournante, de quelques capteurs et, surtout, d’un logiciel qui utilise l’IA pour programmer automatiquement les mouvements optimaux du robot nécessaires au soudage d’une pièce complexe. La palettisation est une autre application très courante pour laquelle vous pouvez utiliser un logiciel qui programme automatiquement votre robot, même dans le cas de boîtes de tailles différentes. La peinture est une autre application pour laquelle nous disposons de solutions similaires (par exemple, Omnirobotic). Pour les applications nécessitant une planification des mouvements en temps réel, Realtime Robotics propose des capteurs et un contrôleur haut de gamme avec un logiciel de programmation intuitive.
L’IA ouvre sans aucun doute de nouveaux horizons pour la robotique industrielle et l’automatisation en général, mais elle reste un catalyseur et non une solution complète.
L’IA ouvre sans aucun doute de nouveaux horizons à la robotique industrielle et à l’automatisation, mais elle reste un outil et non une solution complète. Vous devrez toujours rechercher et choisir les bons composants d’automatisation – parmi des milliers de possibilités – et trouver leur emplacement optimal, puis concevoir et construire des plaques d’adaptation, des supports et des cadres, câbler tous les composants et, enfin, intégrer le tout conformément aux normes de sécurité des machines. Heureusement, les tendances actuelles à la simplification et à la normalisation faciliteront grandement l’adoption de la robotique industrielle et renforceront l’importance des outils d’intelligence artificielle. (Le consortium industriel ROS, par exemple, fournit des interfaces pour les robots industriels, les pinces et les capteurs, ainsi que des progiciels pour les tâches courantes. Mais le besoin d’éducation en matière de robotique générale et d’automatisation ne va pas seulement demeurer, il va aussi augmenter de façon spectaculaire. N’attendez donc pas la singularité et commencez à explorer les robots. Les robots industriels ne deviendront pas des androïdes multicompétents clés en main de sitôt, mais leur déploiement n’est pas sorcier et devient de plus en plus facile. Vous aurez besoin de certaines compétences techniques, bien sûr, mais vous ne partirez pas de zéro pour créer votre application. Quelque trois millions de robots industriels sont déjà en service, et nombre de ces installations sont décrites dans des études de cas et des forums. Les fabricants proposent divers exemples de codage et de pilotes ; l’interopérabilité entre les équipements d’automatisation s’améliore. Une nouvelle ère de la robotique industrielle a commencé.