Les robots industriels autonomes redéfinissent le rendement, la productivité et l'automatisation dans le monde de la fabrication et de l'entreposage industriel. Ces robots ont augmenté la productivité et la qualité des processus industriels presque du jour au lendemain, mais la technologie qui les alimente a été développée pendant près d'un siècle.
Cet article examine certaines technologies clés de capteurs qui permettent aujourd'hui aux robots industriels de fonctionner de manière transparente.
Technologie radar en robotique industrielle
La technologie radar a été secrètement développée à des fins militaires jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, et le terme de « radar » a été inventé en 1940 par la marine américaine. L'acronyme correspond à « Radio Detection and Ranging », à savoir « Détection et télémétrie par radioélectricité ». Le radar émet des ondes radio et reçoit un signal radio réfléchi de ces ondes qui ont « rebondi » sur un autre objet. Pour ce faire, le radar utilise des signaux radio de grande longueur d'onde. Il est capable de détecter des objets de plus d'un mètre à des distances allant de 2 mètres à plusieurs kilomètres.
Compte tenu de leur résolution relativement faible, les capteurs radar ne sont utilisés que dans des applications robotiques industrielles à grande échelle, telles que la détection des personnes, des infrastructures et des véhicules. Par exemple, quand un robot industriel autonome chargé d'apporter des pièces d'un entrepôt à un site d'assemblage se déplace dans l'entrepôt, des capteurs radar peuvent être utilisés pour cartographier des éléments volumineux, tels que les rayonnages de l'entrepôt, les autres robots autonomes, les murs et d'autres objets de grande taille.
Les capteurs radar consomment relativement peu d'énergie. Ils produisent des flux de données plutôt simples et nécessitent des ressources de calcul limitées.
Capteurs de proximité
Tout comme le radar et sa technologie « d'appel et de réponse », les capteurs de proximité généraux émettent un signal qu'ils reçoivent après réflexion sur un objet, ce qui est extrêmement important pour une navigation autonome dans les environnements industriels et de fabrication. Ces technologies ne permettent pas toujours au robot autonome de détecter une présence à 360° comme le fait un radar, mais elles peuvent détecter la proximité d'un objet selon une résolution bien supérieure à celle d'un radar.
Par exemple, le capteur de temps de vol VL53L1X utilise la technologie de pointe de télémétrie laser 940 mm pour assurer une détection précise des objets et des mesures de distances à des distances comprises entre 4 cm et 360 cm, ce qui permet à un robot autonome de se déplacer dans des couloirs étroits et de positionner des pièces de fabrication.
Capteurs LIDAR
De nombreux robots industriels autonomes doivent se mouvoir dans des espaces tridimensionnels tels que de grands entrepôts et des chaînes de production. Les robots autonomes sont généralement tenus de recartographier de façon active un espace pour garantir une navigation sans faille.
La technologie LIDAR, qui est fondamentalement similaire au radar, utilise la technologie de détection et de télémétrie par ondes lumineuses pour détecter la distance entre un émetteur et un point réfléchissant. Fondamentalement, cette technologie peut être vue comme une combinaison du radar et des capteurs de proximité susmentionnés. Toutefois, au lieu d'émettre en permanence un signal unique, les systèmes LIDAR émettent des millions de points lumineux, séquentiellement, par seconde, dans un champ de vision à 360°. Cette stratégie d'émission permet de cartographier indépendamment chaque « point », afin d'obtenir au final un « nuage de points ». Il est possible d'interpoler un nuage de points pour créer un monde aux surfaces maillées qu'un robot autonome pourra ensuite parcourir.
Ces nuages de points LIDAR sont également entièrement dimensionnables, ce qui signifie que le véhicule connaît instantanément sa distance relative par rapport à tout ce qui se trouve dans l'environnement maillé. Toutefois, les systèmes LIDAR requièrent l'utilisation de réseaux neuronaux d'intelligence artificielle à calcul intensif pour traiter les données des nuages de points en vue de la classification des objets, du maillage des surfaces et de la conduite autonome. Les systèmes LIDAR s'avèrent donc souvent gourmands en énergie et nécessitent un important investissement en capital.
Comme pour tous les robots autonomes, les systèmes LIDAR peuvent se tromper en classifiant les objets, ne peuvent pas voir les objets derrière d'autres objets et nécessitent souvent d'énormes efforts de formation et de configuration.
Caméras thermiques
De nombreuses applications industrielles et de fabrication intègrent des processus dangereux et des environnements dangereux. Naturellement, les robots autonomes industriels sont souvent utilisés dans des conditions potentiellement néfastes pour un opérateur humain. Toutefois, le robot autonome lui-même est soumis à ces conditions néfastes.
Pour se protéger dans des environnements dangereux, les robots autonomes industriels et de fabrication utilisent des caméras thermiques capables de détecter les températures extrêmes des surfaces et des objets. Les caméras thermiques fournissent des informations sur les itinéraires de déplacement sûrs, évitant les températures susceptibles d'endommager l'électronique embarquée. Elles informent également le site industriel ou de fabrication si des températures sortent des plages prévues. En outre, des caméras et des imageurs thermiques sont utilisés pour détecter la présence d'êtres humains ou d'animaux.
Par exemple, si un robot autonome équipé d'un système LIDAR principalement pour se déplacer n'est pas en mesure de « voir » et d'identifier un humain dans un couloir d'entrepôt, une caméra thermique peut aider le robot à détecter la présence de l'humain et à éviter toute collision avec ce dernier.
Capteurs de commande moteur
Les robots industriels autonomes sont souvent utilisés dans des applications de fabrication qui exigent précision et exactitude. Ces robots effectuent des tâches spécifiques telles que le déplacement rapide de nombreux objets, le positionnement d'objets volumineux à des endroits très précis ou l'exécution d'actions ultra-précises telles que le soudage ou l'application d'adhésif avec une précision supérieure à celle des humains. À ce titre, les systèmes moteurs qui commandent ces robots sont fabriqués selon des tolérances très élevées, car leur position exacte doit être connue à tout moment. Cependant, il existe de multiples façons de détecter et de commander des moteurs.
Les moteurs pas-à-pas et les servomoteurs sont capables de démarrer et d'arrêter leur rotation vers et depuis des positions assignées, ce qui les prédispose à être utilisés pour les bras robotiques et les actionneurs similaires. Les servomoteurs sont similaires aux moteurs pas-à-pas du fait qu'ils commencent et arrêtent leur rotation à des emplacements donnés, mais ils ne sont pas aussi précis (mais sont plus efficaces).
Les moteurs pas-à-pas et les servomoteurs peuvent tous utiliser plusieurs types de capteurs de commande de moteur, tels que les codeurs optiques, les codeurs électromécaniques et les capteurs à effet Hall. Les moteurs rotatifs, qui font tourner un arbre à des vitesses variables, font appel à différents types de capteurs pour connaître leur vitesse. La vitesse générale d'un moteur peut être appréhendée à l'aide de capteurs d'intensité, tandis que d'autres capteurs, tels que les codeurs optiques et les capteurs à effet Hall, peuvent compter le nombre de rotations d'un arbre.
Capteurs de robots industriels autonomes
Les robots industriels autonomes sont essentiels au fonctionnement et aux fonctionnalités des installations dans lesquelles ils sont utilisés. Les capteurs jouent un rôle essentiel. La technologie des capteurs d'appel et de réponse tels que les radars, les LIDAR et les capteurs de temps de vol est extrêmement utile pour la navigation, tandis que les capteurs à images thermiques complètent la navigation du robot et le protègent des dangers. Enfin, la variété des systèmes de commande des moteurs et des capteurs tels que les codeurs, les capteurs à effet Hall et les capteurs d'intensité est essentielle pour aider le véhicule industriel autonome à comprendre où il se trouve et comment il fonctionne en temps réel.
Pour plus d'informations sur les principales technologies de capteurs, n'hésitez pas à consulter notre page sur les catégories de capteurs ou notre page d'articles et d'événements sur les capteurs.
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