Choisir la bonne pince pour robot peut sembler simple au premier abord. Une pièce doit être saisie, déplacée et placée. Donc, l'étape suivante semble évidente : Comparez les pinces et sélectionnez celle qui convient. Mais c’est là que de nombreux projets d’outillage d’extrémité de bras deviennent plus complexes qu’ils ne devraient l’être.
Une pince de robot n’est pas simplement un composant à l’extrémité d’un bras de robot. C’est l’interface directe entre le robot, la pièce à usiner et le processus de production. Elle influence la fiabilité de préhension, le temps de cycle, le positionnement, la consommation d’énergie, l’effort d’intégration ainsi que la mise en service.
C’est pourquoi la sélection d’une pince de robot ne devrait pas commencer par la pince elle-même. C'est l'application qui doit être le point de départ.
L'objectif est de définir un concept de préhension optimal pour la pièce à usiner, tout en tenant compte du mouvement, de la configuration du robot, de l'architecture du système et de l'environnement de production. Une fois ces paramètres posés, le choix de la pince de robot industriel, de la solution sous vide ou du concept d'outil d'extrémité de bras devient plus facile.
Voici un processus pratique en cinq étapes.
1. Définir l'application
Pièce à usiner, mouvement, environnement, tolérances et niveau de flexibilité exigé
2. Choisir le concept de préhension
Pince à vide ou mécanique selon le comportement de la pièce à usiner et la stabilité du processus
3. Définir l'architecture du système
Vide centralisé ou décentralisé, actionnement pneumatique ou électrique, interfaces robot et commande
4. Sélectionner le type de pince
Pince parallèle, angulaire, radiale, à 3 doigts ou adaptative selon la géométrie et le mouvement
5. Concevoir et valider le concept de contact
Doigts de pince, ventouses, tolérances, comportement des surfaces et essais en conditions réelles
Avant de comparer les technologies de préhension, définissez ce que le système de préhension robotique doit faire en pratique.
Commencez par la pièce à usiner. Dépassez les simples données nominales et vérifiez les conditions réelles de production :
Ensuite, étudiez le mouvement. Le temps, c'est de l'argent ! Le temps de préhension doit être aussi court que possible et aussi long que nécessaire en fonction de l'application. Anticipez : Vous pourriez vouloir accélérer le processus ultérieurement. Une fois que vous avez saisi la pièce à usiner, une prise stable pendant son maintien ne suffit pas. La pièce à usiner doit toujours être tenue en toute sécurité pendant que le robot accélère, ralentit, change de direction et la dépose.
C'est souvent à ce stade que le concept peut devenir contraignant. Si le profil de mouvement du robot, le temps de cycle, la position de prélèvement ou l'exigence de placement est imprécis(e), la conception de l'outil d'extrémité peut se complexifier inutilement. Les équipes peuvent accroître la force, le poids ou ajouter une marge de sécurité supplémentaire dans un souci de précaution.
La question clé est la suivante : Comment la pièce à usiner est-elle déplacée du point de prise au point de dépose, et quel est le temps de cycle disponible pour créer un mouvement de préhension stable ?
Une fois que l'Application est claire, le principe de préhension peut être évalué avec plus de confiance.
La première décision technique consiste généralement à choisir entre une pince mécanique ou une pince à vide. C'est toujours l'application qui doit guider cette décision. Aucune technologie de préhension n'est généralement supérieure à l'autre.
Quand la pince à vide s'impose
La prise sous vide est souvent adaptée lorsque :
La préhension par le vide peut être efficace pour les panneaux, les feuilles, les emballages, les cartons et de nombreuses pièces à usiner sensibles. Mais ce qui compte le plus, c'est la surface réelle. La porosité, la rugosité, la courbure, la poussière, l'huile et le comportement des fuites peuvent modifier le résultat de la production.
La préhension mécanique est souvent adaptée lorsque :
La préhension mécanique peut contrôler la position et le mouvement très efficacement. La conception des doigts, la force de préhension, la surface de contact, et la compensation de tolérances doivent être adaptées à la pièce à usiner.
La solution n'est pas de demander : « Quelle pince est la meilleure ? »
Demandez-vous : Quel concept de préhension est la meilleur pour le comportement de la pièce à usiner, le mouvement et la stabilité requise du processus ?
Une fois le concept de préhension défini, la prochaine décision concerne l'architecture du système. À cette étape, la pince du robot est raccordée au système d’automatisation complet.
Pour les solutions de vide, l'architecture peut inclure une génération de vide centralisée ou décentralisée. La génération de vide centralisée constitue une bonne solution lorsqu'on utilise plusieurs points d'aspiration. La génération décentralisée de vide peut s'avérer utile lorsque le temps de réponse, la commande locale ou les zones de pinces modulaires sont importants.
Pour les pinces mécaniques, l'architecture implique souvent de choisir entre un actionnement pneumatique et électrique.
Selon leur conception, les pinces pneumatiques peuvent associer une taille compacte et un faible poids à une force de préhension élevée. Elles conviennent souvent bien aux tâches de manipulation robustes, rapides ou dans un espace réduit, en particulier si de l'air comprimé est déjà disponible.
Les pinces électriques peuvent être un choix judicieux pour les applications où le positionnement contrôlé, la course réglable, le contrôle de la force ou le retour d'information sont importants. Elles peuvent être utiles lorsque les changements de format sont fréquents ou lorsque la mise en service et le diagnostic exigent des données supplémentaires sur le processus.
L'architecture système inclut également :
La planification de l'outil d'extrémité de bras affecte l'ensemble du système. Un end effector de robot peut sembler correct en tant que composant mais créer des problèmes s'il n'est pas adapté au robot, à l'architecture de commande ou à la configuration de production.
La principale question à poser est : Quelle architecture convient au système de manipulation global ?
Si le concept s'oriente vers une préhension mécanique, l'étape suivante consiste à sélectionner le type de pince. Ceci n'est toujours pas une sélection complète des composants. C'est la décision qui définit comment la pièce à usiner sera abordée, tenue, déplacée et placée.
Les types de pinces de robot les plus courants incluent :
Une pince à serrage parallèle peut convenir à des pièces rectangulaires, des composants à surfaces plates et des applications où un mouvement de préhension rectiligne assure un maintien stable. Elle s'utilise souvent lorsque l'accès est facile et que la pièce à usiner peut être saisie des deux côtés. Le temps de préhension est également court, selon la course des mors de pince.
Une pince à serrage angulaire s'ouvre et se ferme selon un angle. Elle est utile lorsque le mouvement doit être limité et le mouvement d'ouverture adapté à l'espace environnant.
Une pince à serrage radial offre un angle d'ouverture plus large. Cela peut être utile lorsque les doigts doivent s'éloigner des contours gênants ou lorsque la pince doit approcher la pièce à usiner d'une manière spécifique.
Une pince à 3 doigts est souvent utilisée pour des pièces à usiner rondes ou cylindriques. Le mouvement de centrage permet un positionnement stable. Le temps de préhension est également court, selon la course des mors de pince.
Une pince adaptative est un choix judicieux lorsque les formes des pièces à usiner varient ou lorsque la pièce à usiner doit être manipulée avec précaution. La pince peut s’adapter à différents contours et soutient des tâches de manipulation flexibles.
Le bon type de pince dépend de la géométrie, de l’accessibilité, du positionnement, de la stabilité du mouvement, de l’espace disponible et de la flexibilité future.
La question clé est : Comment la pince doit-elle approcher, tenir, déplacer et placer la pièce à usiner dans le processus en question ?
Le concept de contact est l'étape où la conception des outils d'extrémité de bras devient spécifique. C'est précisément à ce stade que les choix mineurs peuvent avoir un grand impact sur la fiabilité de la prise.
Un système de préhension robotisé peut être correctement dimensionné sur le papier et échouer en cours de production si le point de contact ne correspond pas à la surface de la pièce à usiner. La poussière, l'huile, la courbure, la porosité ou les variations de surface peuvent modifier le résultat.
La validation contribue à réduire ce risque.
Avant de passer aux étapes détaillées de l'ingénierie, examinez le concept par rapport aux conditions réelles :
La validation transforme les hypothèses en certitudes. Elle aide à réduire les boucles de refonte, les retards de mise en service et le surdimensionnement. Un test dans des conditions réelles est recommandé.
Commencez par l'application, pas par la pince elle-même. Définissez la pièce à usiner, le mouvement, le temps de cycle, l'environnement, les exigences de prise et de dépose, ainsi que les variations de tolérance. Ensuite, comparez les concepts de préhension, l'architecture du système, le type de pince et les besoins de validation avant de procéder à une sélection détaillée des produits.
Aucune n'est nécessairement meilleure. La préhension par vide peut être un bon choix pour des pièces à usiner plates, sensibles ou changeantes avec un comportement de surface adapté. La préhension mécanique peut être idéale pour des géométries spécifiques, un positionnement précis et des mouvements dynamiques. L'application est le facteur décisif.
La fiabilité de la préhension dépend de la géométrie de la pièce à usiner, du comportement de surface, du mouvement du robot, de l'accélération, des tolérances, du design du contact, des conditions environnementales et du retour d'informations. Un concept doit être testé dans des conditions réalistes avant sa mise en œuvre.
Une pince à serrage parallèle convient aux pièces rectangulaires, une pince à 3 doigts peut être utilisée pour des pièces cylindriques, les pinces angulaires et radiales sont idéales lorsque les exigences d'espace ou d'ouverture sont critiques, et les pinces adaptatives peuvent s'adapter à des formes variées ou manipuler des pièces à usiner délicates.
Validez le concept d'outil d'extrémité de bras avant d'aborder les phases d'ingénierie détaillée et de mise en œuvre. Une validation précoce aide à vérifier les hypothèses concernant le mouvement, les tolérances, les conditions de surface, les retours d'information, la consommation d'énergie et la flexibilité future.