IL EXISTE DIFFÉRENTES
TECHNOLOGIES DE
PRÉHENSEURS QUI VONT DE LA
PINCE AUX MANIPULATEURS
MAGNÉTIQUES EN PASSANT
PAR LES SYSTÈMES
À ASPIRATION OU À
DÉFORMATION DE LA SURFACE
DE CONTACT. LA TENDANCE
FORTE QUI EST AUJOURD’HUI
DANS LA LIGNE DE MIRE, C’EST
ÉVIDEMMENT LA FLEXIBILITÉ.
Pour l’homme, la main est à la fois le
plus efficace, le plus fiable et le plus
précis des outils. Elle lui apporte
l’habileté permettant d’utiliser tous les
objets dont il a su s’entourer et ce, quel
que soit le niveau de développement
de la société à laquelle il appartient.
Il n’y a rien d’étonnant à ce que
l’homme cherche à imiter les capacités
dont la nature l’a doté lorsqu’il invente
des machines. C’est évidement le cas
pour les robots dont l’unité de
commande dispose déjà de fonctions
logiques et d’une certaine puissance de
calcul lui permettant, de réaliser des
opérations conditionnelles relativement
complexes. Demain, de réels systèmes
reposant sur l’intelligence artificielle
permettront aux robots de réagir à des
situations inhabituelles.
Mais la logique ne peut pas tout. Il faut
pour interagir avec l’environnement
être en mesure de manipuler des objets.
C’est précisément ce que l’on attend au
niveau le plus élémentaire d’un robot
industriel. Sans rabaisser les exploits
réalisés par les ingénieurs en matière de
robotique collaborative, il faut bien
qu’à l’extrémité d’un bras robotisé, on
trouve un préhenseur permettant
répétitivement de saisir des objets pour
les déplacer, les positionner, les
assembler, les trier, les rejeter, etc.
Qu’il soit de type cartésien, hexapode,
poly-articulé à un, voire deux bras ou
Scara, le préhenseur remplit le rôle
d’interface mécanique ou même,
mécatronique entre le robot et l’objet
qu’il est chargé de manipuler. Chaque
préhenseur doit être adapté à
l’application en garantissant la fiabilité
de la prise et celle du maintien jusqu’à
la dépose de l’objet. En ce sens, le
préhenseur a un impact direct sur la
performance de la cellule robotisée qui
l’utilise.
Dans un grand nombre d’opérations de
manutention, le préhenseur est
spécifiquement adapté à la fois à
l’application et au produit. Il est cependant
possible d’introduire un certain niveau de
flexibilité à une telle unité de production,
en équipant l’extrémité du bras robotisé
d’un équipement permettant de changer
l’outil ou le préhenseur automatiquement.
Il existe à cette fin, différentes approches
mais toutes complexifient la cinématique
de la production. Il faut aussi intégrer la
durée du changement et éventuellement,
l’étalonnage du préhenseur dans le temps
de cycle global. L’immobilisation de
plusieurs outils et préhenseurs inutilisés
pendant parfois de longues périodes, pèse
de plus sur le coût de la solution.
Différentes techniques de préhension sont actuellement
disponibles pour s’adapter aux besoins et aux produits. Ainsi, le
préhenseur s’accommode de la variabilité géométrique du produit
à condition qu’il présente des similarités au niveau de ses
caractéristiques physiques comme sa dureté, sa rugosité, etc.
DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES DE PRÉHENSION
Les préhenseurs pneumatiques sont extrêmement utilisés pour
accomplir des mouvements linéaires ou rotatifs. Ils sont
alimentés par de l’air comprimé, une énergie réputée coûteuse
en raison des pertes importantes qui découlent de sa
production mais aussi de son transport et ce, même en présence
de microfuites. Un réseau de distribution d’air comprimé
nécessite donc une surveillance périodique rapprochée et des
opérations de maintenance qu’il faut intégrer dans le coût global
de la solution.
Le préhenseur pneumatique est
souvent une simple pince à deux
positions : elle sera ouverte ou
fermée. L’ajustement de la force
de serrage s’effectue en
contrôlant la pression d’air
comprimé. De tels
préhenseurs reposent sur
une conception simple qui
garantit un long cycle de vie.
Ils sont aussi faciles à mettre
en œuvre et d’un prix
d’achat relativement faible
puisque fabriqués en grande
série. Leurs caractéristiques
de montage peuvent être
communes à plusieurs familles de
produits chez un même constructeur. Parmi les inconvénients
fréquemment relevés à leur encontre, on peut mentionner
l’encombrement et la nécessité d’immobiliser les pièces afi n
qu’elles puissent être saisies par le préhenseur avec précision.
Pour sa part, un préhenseur électrique est actionné par un, voire
plusieurs moteurs électriques… d’où son appellation. Comme les
préhenseurs pneumatiques, leur utilisation principale réside dans
l’accomplissement de déplacements linéaires ou rotatifs mais
avec la capacité d’adapter facilement par programmation,
l’amplitude de la fermeture et de l’ouverture de la pince. De tels
préhenseurs ont en revanche une force de serrage limitée mais
ils peuvent facilement être équipés d’un capteur qui va
permettre d’ajuster la force et la vitesse de serrage. Ils sont donc largement utilisés dans les applications
qui requièrent une certaine précision.
Notons encore qu’il est à la fois aisé de
distribuer l’énergie électrique et d’en
maîtriser les pertes.
On peut remarquer une tendance forte
qui est apparue depuis plusieurs mois
chez certains grands concepteurs de
préhenseurs. Certaines pinces de forme et
de puissance équivalentes peuvent être
proposées soit en version électrique, soit
en version pneumatique avec des
caractéristiques de montage absolument
similaires, ce qui rend ces pinces
totalement interchangeables. Notons
encore que certains fournisseurs
proposent des préhenseurs à trois doigts
couvrant un plus large éventail
d’applications.
D’autres types de préhenseurs sont plus
largement répandus dans certaines
applications ou dans certains secteurs.
C’est le cas des préhenseurs par aspiration
que l’on rencontre dans la manutention
d’emballage et la palettisation. Ils
s’appuient sur un vide d’air créé au moyen
de l’effet Venturi pour aspirer des bacs,
des plateaux, des cartons, voire des
barquettes de produits frais dans
l’industrie agro-alimentaire. Un préhenseur
à aspiration est composé de blocs
comportant une ou plusieurs ventouses.
Ces dernières sont conçues avec des
matériaux qui ne laisseront aucune
marque sur les objets déplacés. La forme
et la puissance de la dépression qui
donnent à la ventouse son efficacité,
doivent être parfaitement adaptées aux
produits manipulés.
Globalement, il s’agit de préhenseurs de
conception relativement simple donc peu
coûteux, et qui s’adaptent à la forme, à la
taille et à la matière des produits. Il est
possible de réaliser un préhenseur par
aspiration de grande taille capable de
déplacer plusieurs objets similaires en une
seule opération pour par exemple,
compléter plus rapidement le remplissage
d’une palette en y posant des cartons par
groupes. En revanche, de tels préhenseurs
sont inadaptés à la manipulation de
produits présentant des surfaces
grillagées, ouvragées ou perforées.
LA PRÉHENSION MAGNÉTIQUE
On identifie au moins deux types de
préhenseurs magnétiques. D’une part, il y
a ceux qui sont constitués d’aimants
permanents associés à un dispositif
assurant la séparation mécanique de la
pièce manipulée. De l’autre, on trouve des
préhenseurs électromagnétiques
alimentés par une source d’énergie
électrique. C’est la coupure de cette
alimentation qui provoque la libération de
l’objet.
Ces types de préhenseurs ne peuvent
évidemment manipuler que des objets
contenant des métaux ferreux. Ils
requièrent que la surface de contact soit
propre et surtout, qu’elle soit exempte de
graisse. Le champ magnétique diffusant
dans un volume important, il y a le risque
que des poussières ferreuses voire des
copeaux polluent la surface de contact du
préhenseur ou même, adhérent à la pièce
transportée. Une telle situation rendra les
déplacements rapides relativement
périlleux pour les équipements qui
pourraient se trouver dans la trajectoire
au cas où la pièce se détacherait du
préhenseur.
UN CHOIX GUIDÉ PAR DES
IMPÉRATIFS STRICTS
Evidemment, la taille des pièces à
manipuler permet de dimensionner celle
de la pince qui sera utilisée. Mais elle
conditionne aussi la taille de la zone qu’il
faut libérer autour de la pièce ainsi que le
couple de serrage appliqué par le
préhenseur. La forme de la pièce ajoute
des contraintes supplémentaires à
l’adaptabilité du préhenseur qui peut avoir
à s’accommoder de courbes et d’angles
mais aussi d’un centre de gravité plus ou
moins déporté. Lors du calcul de la force
de serrage, il faut tenir compte des
obligations de maintien lors des
accélérations opérationnelles mais aussi
de ce que seront les nécessités lors d’un
arrêt d’urgence.
Un autre élément important qui ne doit en
aucun cas être négligé est le poids
transporté. Dans le choix d’un robot, il faut
évidemment sélectionner une capacité de
charge adapté qui tiendra compte à la fois
du poids de la pièce la plus lourde
susceptible d’être manipulée mais aussi et
c’est une évidence parfois négligée – du
poids du préhenseur choisi.
Thierry PIGOT
