Robot Pick and Place : comment ça marche et guide de sélection|RBTIC

A robot de sélection-et-de placementest un système automatisé qui récupère un objet d'un endroit et le place dans un autre selon une séquence programmée ou calculée. En termes simples, il détecte l'objet, détermine où et comment le manipuler, le saisit, le déplace et le relâche à la position cible.

Définition rapide :Un robot de sélection-et-de placement transfère de manière répétée des pièces, des produits ou des colis entre des emplacements définis dans les opérations de fabrication, d'emballage et de logistique.

La baseprélèvement et placement robotisésle flux de travail peut être résumé comme suit :

Détecter → Plan → Choisir → Déplacer → Placer → Vérifier

RBTIC Pick and Place Robot Workflow

Le système détecte d'abord l'objet et sa position, puis planifie le mouvement requis. Il sélectionne l'objet, le déplace vers la destination, le place et vérifie que l'opération s'est terminée comme prévu avant de démarrer le cycle suivant. Cette même séquence de base apparaît dans des tâches allant du déplacement de composants entre les étapes de production au chargement de marchandises emballées ou au tri d'articles dans une opération logistique.

Mais une véritable solution de type « pick and place »-et-est bien plus qu'un simple bras robotique. Le système complet combine plusieurs composants qui doivent fonctionner ensemble comme une seule cellule d'automatisation coordonnée.

Si vous envisagez d'automatiser la sélection-et-placement, explorezSérie de robots de sélection-et-de placement RBTICpour examiner les configurations et les spécifications.

Un robot n'est qu'une partie d'un ensemble completsystème de sélection-et-de placement. En pratique, unrobotiqueprendre et lieu cellulecombine six couches fonctionnelles :mouvement du robot, préhension, détection, contrôle, présentation des matériaux et sécurité/intégration.

Chaque couche résout un problème différent. Le bras du robot doit atteindre la tâche, la pince doit manipuler le produit de manière fiable, les capteurs doivent identifier ce qui se passe, le contrôleur doit coordonner le mouvement et l'équipement environnant doit présenter les produits de manière prévisible. Les systèmes de sécurité, de protection, d'interfaces et d'intégration font alors fonctionner ces composants comme une seule cellule de production.

Cette distinction est importante lors de la spécification des équipements :Robot ≠ cellule robotique.Un bras robot performant peut néanmoins fournir des résultats médiocres si le produit ne peut pas être saisi de manière cohérente, arrive de manière imprévisible ou ne peut pas être synchronisé avec le reste de la ligne.

Complete Pick-and-Place System

Lechoisir-et-placer bras robotiquedétermine si le système peut physiquement atteindre les positions de prélèvement et de placement requises tout en transportant la charge nécessaire et en maintenant l'orientation requise.

Quatre spécifications de base comptent :portée, charge utile, nombre d'axes et enveloppe de travail. Ils sont liés, mais ils ne sont pas interchangeables. La portée est l'extension maximale du robot dans des conditions définies ; cela ne signifie pas que tous les points à l'intérieur de ce rayon sont également utilisables. L'enveloppe de travail réelle dépend des limites des joints, de la position de montage, de l'outillage, de l'équipement environnant et des orientations requises à chaque point.

La charge utile signifie également plus que le poids du produit. UNchoisir-et-bras du robotdoit transporter le produit ainsi que la pince, le matériel de montage, les capteurs, les tuyaux, les câbles et tout autre équipement-d'extrémité de-bras. Un produit de 2 kg avec 4 kg d'outillage n'est donc pas une application de 2 kg de charge utile. Le nombre d'axes affecte la liberté avec laquelle le robot peut orienter le produit. Un plus grand nombre d'axes offre généralement une plus grande flexibilité de positionnement, en particulier lorsque les pièces doivent être tournées ou approchées sous différents angles.

Lepince de prélèvement et de placementest l'interface physique entre le robot et le produit, et de nombreuses applications de prélèvement peu fiables sont en fait des problèmes de préhension plutôt que des problèmes de robot. Le droitpince robotiquedépend de la manière dont le produit peut être contacté, de la cohérence de sa surface et de sa géométrie, de la rapidité avec laquelle il doit être manipulé et de ce qui se passe si la qualité de préhension change pendant la production.

Type de pince	Idéal pour	Limite clé	Exemples typiques
Vide	Produits avec des surfaces accessibles pouvant former une étanchéité fiable	Les performances diminuent avec des surfaces poreuses, rugueuses, qui fuient, très courbées ou instables	Cartons, plateaux, matériaux en feuilles, produits emballés
Mécanique	Pièces avec des arêtes, des faces ou des caractéristiques reproductibles pouvant être serrées	Nécessite un accès suffisant et peut marquer, déformer ou endommager les produits sensibles	Pièces usinées, flacons, composants, emballages rigides
Magnétique	Produits ferromagnétiques pouvant être contactés depuis une surface appropriée	Limité aux métaux compatibles et peut nécessiter une gestion du magnétisme-résiduel	Flans d'acier, plaques, composants emboutis
Préhension douce	Produits délicats, irréguliers ou facilement déformables	La force de préhension, la vitesse, la durabilité et la plage géométrique peuvent être plus limitées	Produits alimentaires, emballages souples, composants délicats

La préhension par le vide illustre pourquoi l’adéquation aux applications est importante. Une ventouse peut sembler appropriée car un produit a une grande face plate, mais la porosité, la rugosité de la surface, les chemins de fuite, la stabilité de la forme, la contamination et la déformation du produit peuvent tous empêcher une étanchéité sous vide fiable. Un carton en carton poreux, par exemple, peut se comporter très différemment d’un plateau en plastique scellé.

Les pinces mécaniques offrent un contact positif mais dépendent de caractéristiques de préhension accessibles et d'une force de serrage appropriée. Trop peu de force provoque un glissement ; trop de produit peut écraser, marquer ou déformer le produit. La préhension magnétique peut être extrêmement simple pour les pièces en acier appropriées, mais elle ne peut pas gérer les matériaux non-ferreux et peut créer des problèmes de processus concernant le magnétisme résiduel. Les pinces souples peuvent s'adapter à des objets irréguliers ou fragiles, mais doivent néanmoins être vérifiées par rapport aux exigences de cadence de cycle, de charge utile, d'usure et de répétabilité.

La bonne question n’est donc pas « Quelle pince est la meilleure ? » mais"Quelle méthode de préhension reste fiable malgré la variation réelle de ce produit ? »

A choisir et placer système de vision robotiqueindique à l'automatisation où se trouve un objet et, si nécessaire, comment il est orienté. D'autres capteurs peuvent indiquer au système ce qui se passe lorsque le robot interagit physiquement avec cet objet.

Dans les applications simples,Vision 2Dpeut localiser les caractéristiques visibles dans le plan de l'image, fournissant généralement des informations sur la position x-y et la rotation. Ceci est utile lorsque les produits varient en position ou en orientation, mais que leur géométrie pertinente peut être identifiée à partir d'une vue de caméra.Vision 3Dajoute des informations sur la profondeur ou la hauteur. Cela devient utile lorsque le système doit comprendre les différences d'élévation, de forme de surface, d'empilement ou de présentation de produits moins structurée.

La détection de force résout un problème différent. La vision fournit principalement des informations sur l'emplacement et l'orientation ; la détection de force ou de couple fournit des informations sur le contact et l'interaction. Cela peut aider le système à détecter si un composant est correctement installé, si la force de contact est dans les limites ou si la résistance d'insertion a changé.

Toutes les applications n’ont pas besoin de vision. Les pièces maintenues dans des supports précis et reproductibles peuvent déjà avoir des positions suffisamment connues pour que le robot puisse travailler à partir de coordonnées fixes.

Lecontrôleur de robottransforme les positions cibles et les informations des capteurs en mouvements coordonnés entre les points de sélection et de placement.

Pour chaque cycle, le système devra peut-être déterminer les coordonnées cibles, l'orientation requise de l'outil, la trajectoire entre les points, ainsi que la vitesse et l'accélération autorisées. Le tracé doit également respecter les limites des joints, les équipements environnants et les zones de collision possibles. Dans les applications de lignes de déplacement-, la planification des mouvements peut également intégrer le suivi du convoyeur afin que le robot puisse intercepter un produit sans arrêter le convoyeur. C’est pourquoi la vitesse d’une brochure à elle seule n’est pas un bon indicateur du temps de cycle réel. Un robot peut être capable d'atteindre des vitesses de pointe très élevées, mais le cycle de production comprend l'accélération, la décélération, les changements d'orientation, les mouvements d'approche et de retrait, le temps de préhension, le temps de relâchement et tout mouvement d'évitement requis autour de l'outillage ou de l'équipement.

Pour cette raison, la simulation du temps de cycle-doit évaluer le trajet complet, et pas simplement la vitesse maximale indiquée du robot.

Le robot ne peut prélever que ce que le système de production lui présente. Dans de nombreuses applications, les convoyeurs, les dispositifs d'alimentation, les équipements de séparation, les mécanismes d'indexation, les tampons et les commandes en amont déterminent si le robot reçoit les produits sous une forme qu'il peut traiter de manière cohérente.

Tenez compte de l’espacement des convoyeurs. Si les produits arrivent avec des écarts et des orientations prévisibles, le robot peut exécuter une séquence reproductible. Si ces écarts changent continuellement, si les produits se chevauchent ou si les orientations sont aléatoires, le contrôleur et le système de vision doivent résoudre un problème beaucoup plus difficile. À un moment donné, le facteur limitant n’est plus la vitesse du robot mais la qualité de présentation du produit. La singularisation sépare les produits afin qu'ils puissent être identifiés et sélectionnés individuellement. Les luminaires créent des positions et des orientations connues. L'indexation établit des points d'arrêt ou de transfert prévisibles. La mise en mémoire tampon absorbe les différences à court terme entre les taux de processus en amont et en aval. La synchronisation garantit ensuite que le robot, le convoyeur, l'alimentateur et les équipements en aval échangent des produits sans s'affamer ou se bloquer à plusieurs reprises.

Une erreur d'intégration courante consiste à acheter d'abord le robot et à concevoir la présentation du produit plus tard. Un robot rapide ne compense pas un alimentateur qui crée une orientation instable, un convoyeur qui produit une accumulation incontrôlée ou une machine en amont qui libère les produits en rafales imprévisibles.

La véritable question de conception n’est donc pas simplement « à quelle vitesse le robot peut-il se déplacer ? » La question est : « Le système complet peut-il présenter en permanence des produits sélectionnables au rythme dont le robot a besoin ? »

A cycle de sélection-et-de placementCela semble simple de l'extérieur, mais chaque étape dépend d'un niveau différent de certitude, de détection, de contrôle mécanique et de synchronisation du produit.

Prenons l’exemple d’une pochette flexible se déplaçant dans une ligne de conditionnement. Le robot doit d'abord savoir où se trouve la pochette, déterminer son orientation, choisir un point de préhension utilisable, la sécuriser, la déplacer sans perdre le contrôle, et enfin la placer dans la tolérance requise par le processus en aval.

Étape	Titre de l'étape	Tâche principale	Note
Étape 1	Localisez le produit	Déterminer où les produits cibles apparaissent pour la sélection	Ne vous fiez pas uniquement à la vitesse du robot ; la prévisibilité de l’approvisionnement en produits constitue le principal goulot d’étranglement.
Étape 2	Calculer l'orientation et le point de préhension	Convertissez les données de détection de vision en une pose de sélection réalisable	Détection d'objets ≠ point de sélection utilisable ; le système nécessite un calcul de point d'adhérence-mécanique-.
Étape 3	Prendre	Le robot se déplace jusqu'à la pose calculée, entre en contact avec la pièce, active la pince, vérifie la préhension avant le départ	L’activation de la pince n’équivaut pas à une sélection réussie. Le mouvement de transfert ne doit commencer qu’après une confirmation fiable de la préhension.
Étape 4	Déplacer et suivre	Exécuter la trajectoire de transfert, gérer des cibles mobiles dynamiques	Le cycle complet du-monde réel couvre la latence de détection, l'approche, l'accélération-décélération, la préhension, le suivi, le changement d'orientation, les mouvements de dégagement, l'installation, le relâchement et le retour.
Étape 5	Placer et vérifier	Livrer le produit dans une-pose et orientation acceptables en aval, libérer la pièce, exécuter la vérification	Le placement ne se termine qu'après une vérification réussie, et non après le relâchement de la pince.

Le completcycle de prélèvement et de placementpeut donc être considéré comme :

Localiser → Calculer la pose → Approche → Prise → Confirmer la sélection → Déplacer/Suivre → Placer → Vérifier

Il n’existe pas de robot universellement idéal pourchoisir-et-automatiser le placement. La bonne architecture dépend de la manière dont l'application équilibre vitesse, charge utile, portée, orientation, empreinte et flexibilité. Un robot optimisé pour une manipulation extrêmement rapide de produits légers peut s'avérer un mauvais choix pour une tâche nécessitant une rotation de pièces complexe. De même, une application avec un simple mouvement linéaire peut ne pas avoir besoin de la flexibilité d'un bras à six-axes.

La question utile n’est donc pas « Quel robot est le meilleur ? » mais"Quelle architecture de robot correspond aux contraintes de ce cycle de sélection-et-de placement ?"

A robot de sélection et de placement deltaest un choix idéal lorsque le taux de sélection compte plus que la capacité de charge utile ou la flexibilité d'orientation. Sa structure légère à bras parallèles-est conçue pour des mouvements répétitifs très rapides, généralement à partir d'une position aérienne au-dessus d'un convoyeur. Cela rend les robots delta particulièrement bien adaptés à l'emballage, à la manipulation des aliments, au tri et à d'autres applications où de nombreux produits légers doivent être détectés et transférés à grande vitesse.

Pensez aux produits emballés individuellement arrivant en continu sur un convoyeur. Un système de vision identifie chaque produit, le suivi du convoyeur met à jour sa position et le robot delta transfère rapidement les articles acceptables dans des plateaux ou des emballages sans arrêter la ligne. C'est le type de tâches pour lesquelles la rapidité de l'architecture peut apporter un réel avantage.

A Robot de placement SCARAest souvent préférable lorsque l'application nécessite un mouvement rapide et répétable sur un espace de travail horizontal compact sans la liberté d'orientation totale d'un robot à six-axes. Il est particulièrement efficace pour les tâches d'assemblage, d'insertion, de transfert de composants et de chargement de machines- où la plupart des mouvements se produisent dans le plan horizontal avec un mouvement vertical contrôlé au point de sélection ou de placement.

Par exemple, une cellule d'assemblage de petites pièces-peut prélever des composants électroniques ou mécaniques dans des plateaux et les placer à des emplacements fixes sur un assemblage. Le robot peut se déplacer rapidement entre les positions tout en occupant relativement peu d'espace au sol autour du processus.

A Robot pick and place 6 axes, ou robot articulé, est particulièrement utile lorsque l'application nécessite une liberté substantielle en termes de position et d'orientation. Six axes contrôlés indépendamment permettent au robot d'approcher les produits dans différentes directions, de les faire pivoter pendant le transfert, d'atteindre l'équipement et de les placer dans des orientations qui peuvent être difficiles pour des architectures plus simples. Il est donc courant dans les tâches de maintenance des machines, les tâches de manutention mixtes, les assemblages complexes et les cellules où un robot effectue plusieurs opérations différentes.

L'architecture à six -axes est la plus logique lorsque l'orientation et la flexibilité de l'approche sont de véritables exigences de processus, et non de simples spécifications souhaitables sur papier.

A robot de sélection et de placement collaboratif, ou cobot, peut avoir du sens lorsque la flexibilité, un redéploiement plus facile, l'interaction humaine ou une production à moindre-volume/haut-mixte comptent plus que l'obtention du taux de préparation le plus élevé possible.

Par exemple, un fabricant produisant fréquemment des variantes de produits peut utiliser un cobot pour transférer des pièces entre des appareils ou assister un opérateur dans des manipulations répétitives. La cellule peut être plus facile à reconfigurer qu'un système d'automatisation à grande vitesse-hautement optimisé, ce qui rend l'architecture attrayante là où les exigences de production changent régulièrement.

Type de robot	Vitesse	Charge utile	Atteindre	Flexibilité d'orientation	Empreinte	Application typique
Delta	Cueillette répétitive extrêmement rapide	Idéal pour les produits plus légers	Zone de travail concentrée sous le robot	Limité à modéré,-dépendant de la configuration	L'installation aérienne peut préserver l'espace de ligne	Prélèvement d'emballages alimentaires légers d'un convoyeur en mouvement vers des plateaux
SCARA	Mouvement planaire rapide	Couramment adapté aux petites et moyennes tâches de manutention	Zone de travail horizontale compacte	Bon autour de l'axe vertical, limité pour une orientation 3D complexe	Compact	Prélèvement de petits composants dans des plateaux pour assemblage ou insertion
Articulé 6 axes	Des chemins rapides mais complexes peuvent réduire le taux de cycle effectif	Disponible sur une très large gamme de charges utiles	Portée 3D flexible autour du robot	Excellent	Petite base, mais nécessite un dégagement pour une enveloppe de travail 3D plus grande	Choisir un composant, le réorienter, puis le charger dans un montage de machine
Collaboratif	Généralement sélectionné pour sa flexibilité plutôt que pour son débit maximal	Généralement léger à moyen, en fonction du modèle-	Portée articulée flexible	Haut	Souvent compact et facile à redéployer	Transfert de pièces à forte-mixité dans un espace de travail partagé avec les opérateurs

Trois compromis-sont généralement les plus importants.

D'abord,la vitesse et la flexibilité tirent la conception dans différentes directions. Un robot delta peut exceller dans des milliers de mouvements très répétitifs, tandis qu'un robot à six-axes sacrifie une certaine simplicité pour gagner une bien plus grande liberté d'approche et d'orientation. Payer pour une flexibilité que l’application n’utilise jamais améliore rarement la cellule.

Deuxième,l’enveloppe de travail compte plus que la portée nominale. Un robot peut techniquement atteindre deux points requis mais être toujours incapable de se déplacer entre eux avec l'orientation de l'outil requise ou sans interférer avec les convoyeurs, les protections, les accessoires ou d'autres machines.

Troisièmement, la sélection du robot doit être basée surcycle complet plutôt que la fiche technique du robot. La présentation du produit, le temps de préhension, la détection, la trajectoire, le suivi du convoyeur, la tolérance de placement, la vérification et la synchronisation en aval peuvent tous déterminer le débit réel.

La meilleure architecture est donc celle qui exécute le cycle requis avec une marge suffisante-sans ajouter de vitesse, de portée, d'articulation ou de complexité dont le processus n'a pas besoin.

A robot de sélection-et-de placementpeut effectuer une tâche simple-déplacer un objet d'un endroit à un autre-mais un système de sélection-et-fiable dépend de bien plus que le bras du robot lui-même. La préhension, la détection, la présentation du produit, la planification des mouvements, la sécurité et l'intégration déterminent si la cellule complète peut réaliser le cycle requis de manière cohérente. La sélection d'un robot doit donc commencer par l'application plutôt que par un modèle de robot particulier. Définissez le poids et la géométrie du produit, la portée et l'orientation requises, le temps de cycle cible, la tolérance de placement, la présentation du produit, la méthode de préhension et les exigences de détection avant de comparer les architectures de robots.

Les robots Delta constituent souvent un bon choix pour la manipulation très rapide de produits légers, tandis que les robots SCARA conviennent aux tâches d'assemblage et de transfert planaires compacts. Les robots cartésiens peuvent assurer une couverture efficace sur de grandes zones de travail rectangulaires, et les robots à six-axes offrent une plus grande liberté lorsqu'un positionnement et une orientation complexes sont requis. Les robots collaboratifs peuvent être appropriés lorsque la flexibilité, le redéploiement ou l'interaction avec les personnes sont plus importants que le débit maximal.

La décision finale doit être basée sur les performances du cycle complet de sélection-et-de placement-et non sur la charge utile, la portée ou la vitesse maximale du robot de manière isolée. Un système bien-adapté est un système capable de sélectionner, déplacer, placer et vérifier à plusieurs reprises le produit réel dans des conditions de production réelles avec une marge de performance suffisante.

Pick-and-Place Robot Selection Guide

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Q : À quoi servent les robots de sélection-et-de placement ?

R : Les robots de prélèvement-et-de placement sont couramment utilisés pour la manutention des matériaux, l'emballage, le tri, l'assemblage, le chargement et le déchargement des machines, le transfert de produits, le chargement des plateaux et d'autres opérations de manutention répétitives dans la fabrication et la logistique.

Q : Comment fonctionne un robot de sélection-et-de placement ?

R : Un cycle typique de prélèvement-et-de placement comprend la localisation du produit, le calcul de la position de prélèvement requise, l'approche du produit, sa saisie, la confirmation du prélèvement, son déplacement vers la destination, son placement et la vérification du placement réussi. La séquence exacte dépend du niveau de détection et de synchronisation requis par l'application.

Q : Quel type de robot convient le mieux pour le prélèvement et le placement ?

R : Il n'existe pas de type de robot unique adapté à chaque application de prélèvement-et-de placement. Les robots Delta sont généralement adaptés au prélèvement léger à grande vitesse-, les robots SCARA à la manipulation planaire rapide, les robots cartésiens aux zones de travail linéaires ou rectangulaires de grande taille et les robots à six-axes aux applications nécessitant une plus grande flexibilité d'orientation et d'approche. Le choix correct dépend des exigences complètes de l'application.

Q : Comment puis-je choisir un robot de sélection-et-de placement ?

R : Commencez par définir le poids et les dimensions du produit, le poids de l'outillage, la portée requise, l'enveloppe de travail, les changements d'orientation, le temps de cycle cible, les exigences de placement et la présentation du produit. Déterminez ensuite les exigences nécessaires en matière de préhension, de détection, de vision, de suivi du convoyeur et d’intégration avant de comparer les architectures de robots appropriées.

Q : Comment la charge utile du robot est-elle calculée pour une application de prélèvement-et-de placement ?

R : La charge utile du robot ne doit pas se limiter au produit déplacé. Le robot doit également prendre en charge la pince ou tout autre outil-d'extrémité-du bras, le matériel de montage, les capteurs, les câbles, les tuyaux et tout équipement supplémentaire transporté par le bras. La configuration dynamique des mouvements et des outils doit également être prise en compte lors de la validation de l'application.

Q : Un robot de sélection-et-de placement a-t-il besoin d'un système de vision ?

R : Pas toujours. Si les produits arrivent dans des positions fixes et reproductibles, le robot peut être capable de fonctionner à partir de coordonnées programmées sans vision industrielle. La vision devient plus utile lorsque les produits varient en position, orientation, hauteur ou présentation et que le robot doit les localiser avant de les prélever.