Des robots et des personnes collaborent à l'assemblage de produits

Jul 04, 2023

Sur la chaîne de montage de Weidmüller, des robots collaboratifs enfoncent des éléments de contact électrique, joignent le boîtier du connecteur et vissent les contacts de connexion. Photo publiée avec l'aimable autorisation du groupe Zimmer

La pince parallèle à deux mâchoires HRC-02 a été spécialement conçue pour être utilisée avec des cobots. La pince servo entièrement électrique n'a pas d'arêtes vives, et sa longueur de course et sa force de préhension sont réglables. Photo publiée avec l'aimable autorisation du groupe Zimmer

Le préhenseur HRC-02 répond aux exigences de sécurité énoncées dans la norme ISO/TS 15066 pour la collaboration homme-robot, et il est certifié par la DGUV, l'équivalent allemand de l'OSHA. Photo publiée avec l'aimable autorisation du groupe Zimmer

Les fabricants allemands, comme ceux des États-Unis, font face à trois problèmes majeurs : un marché très dynamique, une concurrence accrue due à la mondialisation et une pénurie de main-d'œuvre qualifiée. Ces enjeux sont particulièrement difficiles pour l'assemblage des produits, car c'est le dernier maillon de la chaîne de valeur.

De nombreux fabricants pensent que la collaboration homme-robot peut les aider à surmonter ces défis. Cependant, de nombreux fabricants doivent encore mettre en œuvre des projets de collaboration homme-robot en raison de problèmes de coût et de personnel. Pour que la collaboration homme-robot prenne véritablement son envol, des méthodes simples et flexibles seront nécessaires pour permettre aux entreprises de divers secteurs ayant des besoins variés de mettre en place des postes de travail d'assemblage collaboratifs.

C'est la prémisse du projet de recherche SafeMate, qui est financé par le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche. L'objectif est de créer des lieux de travail sûrs et acceptés où les employés reconnaissent un avantage important à l'automatisation robotique. Plusieurs grands fabricants allemands de divers secteurs participent au projet, notamment Lenze, un fabricant de technologie de contrôle de mouvement ; Lufthansa Sky Chefs, fabricant de nourriture pour avions de ligne ; Miele, un fabricant d'appareils électroménagers ; et Sennheiser, un fabricant d'équipements audio.

Une autre entreprise participante est Weidmüller, un fabricant de technologie de connexion électrique et d'électronique basé à Detmold, en Allemagne. Les produits de la société sont utilisés dans les industries de transformation, les équipements de transport, la production d'électricité et les infrastructures de construction.

Jusqu'à récemment, le processus d'assemblage d'un composant électromécanique particulier chez Weidmüller était entièrement manuel. Dans le cadre de SafeMate, une équipe d'ingénieurs de Weidmüller, dirigée par l'ingénieur de procédés Tobias Stuke, a mené une analyse pour déterminer quelles tâches étaient les mieux effectuées manuellement et lesquelles pouvaient être effectuées par machine. Entre autres choses, l'équipe a constaté que les robots sont très bons pour effectuer les tâches monotones, répétitives et gourmandes en énergie du processus de placement sans fatigue. Et ils peuvent le faire avec une précision constante.

Cependant, l'assemblage ne peut pas se faire entièrement sans personnes. Par exemple, les gens sont plus aptes à saisir et à retirer de petites pièces de différentes dimensions d'une pile ou d'une boîte. Ils peuvent mieux les reconnaître et les trier. Les gens sont également supérieurs à leurs collègues robotiques pour le processus d'inspection.

Sur la base de ces résultats, le processus d'assemblage manuel a été partiellement automatisé selon un modèle de collaboration homme-robot. Le résultat a été un lieu de travail d'assemblage hybride dans lequel les personnes et les robots travaillent en parallèle. Les tâches monotones et à forte intensité de force sont effectuées par le robot, tandis que les tâches exigeantes sur le plan cognitif sont effectuées par des personnes.

Dans la robotique collaborative, les personnes et les robots travaillent côte à côte sur un même lieu de travail. Grâce à leur technologie de contrôle sensible, les cobots peuvent travailler en étroite collaboration avec des personnes sans barrières de protection. De telles applications nécessitent une validation pour s'assurer que les dangers ont été suffisamment minimisés. Cela peut être fait par des associations professionnelles, des prestataires de services externes, des intégrateurs de systèmes ou Technischer Überwachungsverein (TÜV), ou des associations d'inspection technique, qui sont des sociétés de services internationales indépendantes d'Allemagne et d'Autriche qui testent, inspectent et certifient des systèmes techniques, des installations et des machines de tous types pour minimiser les risques et prévenir les dommages. Les outils en bout de bras, tels que les préhenseurs, peuvent également être validés de cette manière.

Pour assembler les composants électromécaniques, Weidmüller a déployé un cobot d'Universal Robots. Dans un premier temps, la personne assemble les éléments du connecteur. Ensuite, le cobot enfonce les éléments de contact électrique, rejoint le boîtier du connecteur et visse les contacts de connexion. L'objectif de cette automatisation partielle est de soulager le travailleur des étapes intermédiaires chronophages et monotones et d'obtenir ainsi une répartition équilibrée du travail entre les hommes et les robots. La productivité a également augmenté.

Le cobot est équipé de la pince parallèle à deux mâchoires HRC-02 du groupe Zimmer, un spécialiste de la pince basé à Rheinau, en Allemagne. Le préhenseur est sûr et s'harmonise parfaitement avec le cobot. La pince servo tout électrique n'a pas d'arêtes vives. Sa forme arrondie sur tous les côtés garantit qu'un accroc accidentel est pratiquement impossible. La longueur de course et la force de préhension du préhenseur sont réglables, ce qui lui permet de saisir avec beaucoup plus de sensibilité qu'un préhenseur conventionnel. Le préhenseur répond aux exigences de sécurité énoncées dans la norme ISO/TS 15066 pour la collaboration homme-robot, et il est certifié par la DGUV, l'équivalent allemand de l'OSHA.

Outre l'ergonomie, un autre objectif du projet était de déterminer si le cobot pouvait être utilisé de manière efficace et flexible. Les ingénieurs ont porté une attention particulière à la prise en main et à la programmation du cobot. Les résultats ont été probants, surtout en combinaison avec le préhenseur HRC-02.

Ce n'est pas un hasard si les préhenseurs Zimmer fonctionnent parfaitement avec les cobots UR. Zimmer est partenaire d'UR+ depuis plusieurs années. UR+ est une plate-forme de composants tiers et de kits d'application qui ont été certifiés par Universal Robots pour fonctionner avec ses produits. La plateforme UR+ comprend désormais plus de 300 partenaires et 400 composants et kits d'application certifiés. Parce qu'il est certifié UR+, le préhenseur Zimmer peut être programmé directement via le panneau de commande du cobot. Des compétences en programmation complexe ne sont pas nécessaires.

La pince est actionnée par des signaux numériques : un signal pour fermer les mâchoires de la pince et un second signal pour ouvrir les mâchoires. Un signal de présence partielle est fourni par détection analogique. Le préhenseur peut détecter différentes dimensions de pièces sans repositionner le capteur.

Le préhenseur permet un apprentissage facile du robot grâce à un bouton d'entraînement libre intégré. La connexion directe aux E/S de l'outil et l'assemblage direct à la bride du robot simplifient l'installation et le fonctionnement du préhenseur. L'autoblocage empêche la pièce de tomber même en cas d'arrêt d'urgence ou de panne de courant.

Le projet pilote de Weidmüller a été couronné de succès et a ouvert de nouvelles possibilités au fabricant. Outre l'augmentation de la productivité, le projet a généré des avantages non monétaires. Par exemple, les tâches monotones et à forte intensité de force, telles que l'enfoncement des éléments de contact, sont désormais gérées par le cobot. Cela a aidé à obtenir l'adhésion et l'acceptation des travailleurs, qui ont été impliqués dans le processus de changement dès le début. L'automatisation signifie également que Weidmüller peut mieux faire face à la pénurie de travailleurs qualifiés. L'automatisation des tâches monotones et stressantes permet à Weidmüller de redéployer les travailleurs qualifiés là où ils sont le plus nécessaires.

"L'une des raisons pour lesquelles nous avons choisi le préhenseur Zimmer, outre ses caractéristiques techniques, est qu'il avait déjà été testé et certifié comme sûr pour les systèmes de collaboration homme-robot", explique Stuke. "Il est particulièrement important pour l'entreprise que ses salariés bénéficient d'un travail collaboratif. Les cobots avec leurs pinces sont destinés à apporter un soulagement."