Guide complet des bras robotiques

Pour les entrepôts d’aujourd’hui, l’efficacité et la précision sont essentielles pour s’adapter aux conditions changeantes du marché et aux préférences des consommateurs, en particulier avec la croissance du commerce électronique et de la gestion omnicanale des commandes.

L’automatisation des entrepôts a considérablement évolué depuis l’introduction des bras robotisés dans les usines de fabrication dans les années 1960, pour finalement faire son apparition dans les entrepôts.

Aujourd’hui, l’utilisation de bras robotiques est fondamentale dans les entrepôts modernes. Ce guide complet explore les subtilités des robots pick-and-place, en examinant leurs fonctionnalités, leurs applications et leur rôle essentiel dans l’optimisation des opérations d’entreposage.

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Un bras robotisé, qu’est-ce que c’est ?

Les bras robotisés sont des systèmes automatisés sophistiqués spécialement conçus pour les tâches de manipulation d’objets. Ces robots combinent une précision mécanique et des systèmes de contrôle avancés pour effectuer des opérations répétitives de prélèvement et de placement avec une régularité qui dépasse les capacités humaines. Leur fonction principale consiste à identifier, saisir, transporter et placer avec précision des articles à des emplacements désignés.

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La mécanique des robots pick and place

La conception sophistiquée des bras robotiques repose sur plusieurs composants mécaniques essentiels qui fonctionnent en harmonie pour garantir précision, rapidité et fiabilité. Chaque élément remplit une fonction spécifique au sein de l’architecture globale du système.

Composants de base et structurels

• Base : fondation fixe ou rotative qui soutient l’ensemble du robot et assure sa stabilité pendant son fonctionnement. Cette structure robuste absorbe les vibrations et maintient l’intégrité du système tout au long des mouvements répétés.
• Articulation de l’épaule : reliant la base au premier segment du bras, l’articulation de l’épaule permet un mouvement de rotation sur une large amplitude. Cette articulation supporte souvent une charge importante et nécessite des mécanismes de contrôle précis pour garantir un positionnement exact.
• Bras : Premier segment majeur s’étendant depuis l’articulation de l’épaule, le bras assure la portée initiale et supporte à la fois les segments inférieurs et la charge utile. Sa construction allie résistance et optimisation du poids pour permettre des mouvements efficaces.
• Articulation du coude : permettant un mouvement de flexion entre le bras et l’avant-bras, l’articulation du coude augmente considérablement la portée et la flexibilité du bras robotisé. Ce point d’articulation est essentiel pour naviguer dans des environnements de prélèvement complexes et accéder à des objets sous différents angles.
• Avant-bras : s’étendant de l’articulation du coude et reliant le poignet, le bras inférieur positionne la pince ou ventouse du robot dans l’espace de travail, avec pour but de maintenir un contrôle exact de l’emplacement et du mouvement.
• Articulation du poignet : permettant des mouvements rotatifs et angulaires plus précis, l’articulation du poignet facilite le positionnement précis de l’effecteur du bras robotique. Les multiples degrés de liberté à cette jonction permettent les orientations complexes nécessaires à la manipulation de divers types de produits.
  

Effecteurs terminaux

Les effecteurs terminaux constituent le principal point d’interaction entre le robot et les objets manipulés. Les systèmes modernes de prélèvement et de placement utilisent diverses technologies d’effecteurs terminaux afin de s’adapter aux différentes caractéristiques des produits :

• Vacuum Grippers: Excel at handling flat or slightly porous surfaces, providing gentle yet secure handling for items like cardboard boxes or plastic containers. These grippers use negative pressure to maintain contact without damaging product packaging.
• Pinces mécaniques : elles offrent une grande polyvalence pour les objets de formes variées, grâce à des doigts ou des pinces réglables qui garantissent une prise sûre. Les versions avancées sont équipées d’un système de retour de force qui empêche d’écraser les objets fragiles tout en maintenant une prise suffisante.
• Effecteurs magnétiques : ils offrent des capacités de manipulation spécialisées pour les objets métalliques, permettant de soulever sans contact les matériaux et composants en fer.
• Outils conçus sur mesure : ils répondent à des exigences spécifiques, telles que des formes spécialisées pour des produits uniques ou des têtes à plusieurs préhenseurs pour un débit accru.

Systèmes de vision

Les systèmes de vision constituent un autre élément essentiel des robots de manutention. Ces réseaux de capteurs sophistiqués fournissent au robot des informations cruciales :

• Caméras haute résolution : associées à des capteurs de profondeur 3D, elles offrent une perception spatiale complète de l’environnement de prélèvement. Les multiples angles de caméra permettent une visualisation complète des objets, quelle que soit leur orientation.
• Algorithmes de traitement d’images : des logiciels avancés permettent d’atteindre une précision au millimètre dans la mesure et la détection d’objets, ce qui permet de calculer avec exactitude la position et l’orientation même d’éléments complexes.
• Systèmes de lumière structurée : améliorez la capacité du robot à manipuler des géométries complexes et des conditions de surface variables, garantissant ainsi des performances fiables sur divers types de produits grâce à la création de modèles 3D détaillés des objets avant l’interaction.

L’intégration de ces composants mécaniques crée un système hautement adaptable, capable de gérer des milliers de mouvements répétitifs avec une précision et une fiabilité constantes. La construction rigide du châssis garantit une stabilité optimale pendant le fonctionnement, essentielle pour maintenir la précision pendant de longues périodes d’utilisation.

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Comment les robots de manutention fonctionnent ?

Le fonctionnement des robots pick-and-place implique une séquence sophistiquée d’actions coordonnées. Le processus commence par la détection de l’objet, au cours de laquelle le système de vision identifie et analyse l’élément cible.

Des capteurs avancés collectent des données sur la position, l’orientation et les caractéristiques de l’objet, permettant au système de contrôle de calculer les paramètres de manipulation optimaux.

La planification des mouvements est un aspect essentiel des opérations de prélèvement et de placement. Le système de contrôle calcule des trajectoires précises qui équilibrent vitesse et précision tout en évitant les collisions. Cela implique des calculs complexes des profils d’accélération et des orientations des effecteurs finaux tout au long du trajet.

Lors de la détermination des vitesses et des forces de manipulation appropriées, le système doit tenir compte du poids, de la fragilité et des caractéristiques dimensionnelles des objets.

La phase d’exécution consiste à réaliser les mouvements planifiés en surveillant attentivement chaque étape. Le robot s’approche de l’objet cible en suivant le trajet calculé, active le mécanisme de l’effecteur terminal approprié et vérifie que la prise est bien assurée.

Pendant le transport, le système maintient des profils d’accélération et de décélération optimaux afin de garantir un mouvement fluide tout en évitant d’endommager le produit. Le placement final implique un positionnement précis et une libération contrôlée, souvent accompagnés de capteurs de vérification qui confirment la réussite de l’opération.

L’intégration avec les systèmes de gestion d’entrepôt (WMS) permet un fonctionnement coordonné au sein d’un écosystème d’automatisation plus large. Ces connexions facilitent le suivi des stocks en temps réel, optimisent les emplacements de prélèvement et gèrent la planification des tâches. Le système doit également coordonner divers composants du flux de matériaux, tels que les systèmes de convoyage, afin d’assurer des transitions fluides entre les processus automatisés.

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Les applications pratiques

Les robots pick-and-place remplissent diverses fonctions, offrant des performances constantes dans les tâches répétitives et à haut volume. Leur flexibilité et leur précision les rendent idéaux pour plusieurs applications critiques :

Préparation des commandes

L’une des utilisations les plus courantes et les plus utiles des robots de manutention est la préparation des commandes. Ces systèmes identifient et récupèrent rapidement les articles dans les bacs, puis les placent dans des conteneurs destinés à l’expédition. En automatisant cette tâche traditionnellement manuelle, les entreprises peuvent :

• Réduire les délais d’éxécution
• Diminuer les erreurs
• Amener les opérateurs vers des tâches moins répétitives

Les robots peuvent également traiter des commandes comprenant plusieurs articles en séquençant les prélèvements pour optimiser l’emballage, ce qui améliore l’efficacité dans les environnements de prélèvement complexes.

Déchargement des stocks (manutention à l’arrivée)

Les systèmes de prélèvement et de placement jouent également un rôle essentiel dans le processus de réception. Lorsque les marchandises arrivent à l’entrepôt, les robots peuvent :

• Décharger les articles des bacs, des conteneurs ou des systèmes de convoyage.
• Trier les articles pour le stockage ou le transbordement.
• Veuillez les placer dans des emplacements de stockage appropriés ou dans des systèmes automatisés de stockage et de récupération (ASRS).

Cela accélère non seulement le traitement des entrées, mais garantit également l’exactitude de l’enregistrement des stocks, améliorant ainsi le suivi en temps réel.

Palettisation

La palettisation automatisée est essentielle pour préparer les commandes en vue de leur expédition, en particulier dans les environnements à haut débit. Les robots de prélèvement et de placement peuvent :

• Charger les marchandises sortantes sur des palettes en optimisant les schémas d’empilage.
• Manipulez différents types et poids de colis grâce à une technologie de préhension adaptative.
• Réduisez le risque de dommages aux produits en maintenant une précision de placement constante.

En rationalisant le processus de palettisation, les bras robotiques améliorent la logistique outbound, augmentent l’efficacité globale de l’entrepôt et facilitent la mise en œuvre d’opérations de traitement des commandes évolutives.

Assistance au kitting et à l’assemblage

Pour les installations nécessitant un assemblage (combinaison de plusieurs composants dans un seul emballage), les bras robotisés peuvent être configurés pour :

• Assembler les kits en prélevant les articles dans plusieurs bacs.
• Les disposer dans des conteneurs ou des emballages personnalisés.
• Assurer la prise en charge des flux de production ou d’emballage en flux tendu.

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Quel rôle pour l’intelligence artificielle ?

L’intelligence artificielle révolutionne la robotique de manutention, améliorant considérablement les performances par rapport aux opérations traditionnelles. Les systèmes modernes basés sur l’IA apprennent et s’adaptent en permanence afin d’améliorer leurs capacités grâce à des opérations réelles.

L’une des applications essentielles de l’IA consiste à déterminer les points de préhension optimaux pour différents articles. Plutôt que d’utiliser des modèles de préhension fixes, les algorithmes d’IA analysent les caractéristiques uniques de chaque produit, notamment la répartition du poids, le matériau d’emballage, la forme et la fragilité, afin d’identifier la méthode de manipulation la plus efficace.

Cet apprentissage adaptatif permet aux robots de manipuler avec succès une variété croissante d’articles, même ceux présentant des caractéristiques difficiles telles que des formes irrégulières, des surfaces réfléchissantes ou des emballages délicats.

L’IA optimise également les trajectoires de déplacement, en affinant en permanence les trajectoires de prélèvement et de placement en fonction des données de performance. Le système analyse des milliers d’opérations précédentes afin d’identifier les itinéraires les plus efficaces, les vitesses appropriées et les profils d’accélération idéaux pour différents types de produits.

Cette approche d’apprentissage automatique permet de réduire progressivement les temps de cycle tout en maintenant ou en améliorant la précision du placement et en réduisant les dommages causés aux produits.

Grâce à l’apprentissage continu à partir des données opérationnelles, les systèmes de prélèvement et de placement basés sur l’IA deviennent de plus en plus efficaces au fil du temps. Chaque opération de prélèvement réussie contribue à la base de connaissances du système, lui permettant de gérer les cas particuliers et les scénarios complexes avec une confiance croissante. Cette capacité d’auto-amélioration représente une avancée significative par rapport à l’automatisation traditionnelle, qui nécessite généralement une reprogrammation manuelle pour s’adapter à de nouveaux types de produits ou à des conditions changeantes.

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Les avantages à automatiser le pick and place

La mise en œuvre de robots pick-and-place offre de nombreux avantages dans les opérations d’entreposage. Du point de vue de la productivité, ces systèmes atteignent des cadences remarquables tout en conservant une précision exceptionnelle. Les robots pick-and-place modernes atteignent régulièrement des vitesses de prélèvement supérieures à 200 articles par heure, avec des taux de précision dépassant 99,9 %. La précision de placement atteint souvent ±0,1 mm, garantissant une manipulation cohérente et fiable des produits.

Les avantages financiers de l’automatisation du pick-and-place vont au-delà de la réduction des coûts de main-d’œuvre. Ces systèmes fonctionnent en continu sans fatigue, maintenant des niveaux de performance constants pendant de longues périodes d’exploitation. L’élimination des erreurs humaines réduit les dommages aux produits et les coûts associés, tandis que l’amélioration de la fiabilité des processus permet une meilleure utilisation des ressources et une meilleure gestion des stocks.

Les améliorations en matière de sécurité constituent un autre avantage significatif de l’automatisation du pick-and-place. Ces systèmes réduisent les accidents du travail et les problèmes ergonomiques en prenant en charge les tâches répétitives et les opérations de levage lourd. L’intégration de fonctionnalités de sécurité avancées, notamment des barrières de protection et des systèmes d’arrêt d’urgence, garantit un fonctionnement sécurisé aux côtés des travailleurs humains.

L’évolutivité des systèmes de prélèvement et de placement offre des avantages opérationnels à long terme. Ces systèmes peuvent être étendus ou reconfigurés pour s’adapter à l’évolution des besoins de l’entreprise, offrant ainsi une grande flexibilité dans les stratégies d’automatisation des entrepôts. La nature modulaire des systèmes modernes permet une mise en œuvre progressive et une extension des capacités, ce qui permet aux organisations d’ajouter de manière transparente des robots supplémentaires lorsque cela est nécessaire, afin que les investissements en automatisation correspondent aux besoins de croissance.

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Mise en œuvre

La mise en œuvre réussie de l’automatisation de bras robotiques nécessite une prise en compte de divers facteurs. Les conditions environnementales, notamment les variations de température, les conditions d’éclairage et la présence de poussière ou de débris, jouent un rôle important dans les performances du système. Une spécification adéquate du système doit tenir compte de ces défis environnementaux tout en garantissant un fonctionnement fiable.

L’optimisation de l’espace est un autre facteur à prendre en considération. L’environnement de travail des robots doit être soigneusement planifiée afin de maximiser l’efficacité tout en maintenant des zones de fonctionnement sécurisées. Cela implique notamment de tenir compte des exigences en matière d’accès pour la maintenance et de garantir la fluidité des flux de matériaux dans l’ensemble de l’installation.

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L’avenir de la robotique de manutention

Bien que les robots de manutention soient extrêmement performants, il existe encore de nombreux objets qu’ils ne peuvent pas manipuler, ou alors très difficilement, tels que les objets de forme irrégulière, les articles délicats ou ceux dont la surface est difficile à saisir. Cependant, ce nombre diminue rapidement grâce aux progrès de l’IA et à des effecteurs finaux plus intelligents. L’avenir de l’automatisation de la manutention s’oriente vers une flexibilité et une adaptabilité accrues.

Les progrès de la technologie de perception continuent d’améliorer les capacités de reconnaissance des objets et la perception de l’environnement. Les systèmes de préhension avancés deviennent plus polyvalents et capables de manipuler une gamme de produits de plus en plus diversifiée sans nécessiter de reconfiguration manuelle.

Les capacités d’intégration des systèmes continuent d’évoluer, mettant l’accent sur la connectivité entre les composants d’automatisation des entrepôts. Des interfaces standardisées et une compatibilité interplateforme améliorée facilitent la mise en œuvre et l’extension des systèmes automatisés. La tendance vers une conception modulaire des systèmes permet de proposer des solutions évolutives, capables de s’adapter à l’évolution des besoins des entreprises.

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Points à retenir et prochaines étapes

Les bras robotiques constituent une technologie fondamentale dans l’automatisation des entrepôts, offrant une efficacité, une précision et une fiabilité sans précédent. À mesure que ces systèmes évoluent, leur rôle dans l’optimisation des opérations d’entreposage devient de plus en plus central pour la réussite des opérations logistiques.

Exotec^® propose le système Skypod^®, un système automatisé AS/RS conçu pour optimiser les opérations d’entreposage à haute performance. Il gère les processus essentiels tels que la préparation des commandes, l’emballage, la mise en tampon, le tri et le séquençage avec rapidité et précision.

Le système Skypod peut inclure des robots de prélèvement et de placement intégrés pour la préparation des commandes et peut également être intégré pour fonctionner de manière transparente avec d’autres types de robotique, tels que les systèmes de palettisation et de dépalettisation. Cette approche flexible permet une automatisation complète de l’entrepôt.

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