Étalonnage des robots industriels

La robotique industrielle a pris son essor aux États-Unis en 1963 avec le robot Unimate de Unimation. Les premières applications consistaient en des tâches de manutention dans des ateliers de mécanique automobile, puis des travaux de soudage par points dans les ateliers de montage et d’assemblage des grands constructeurs automobiles. Toutes ces applications nécessitaient une main-d’œuvre importante et leur pénibilité était reconnue. Le soudage par points a donc été la première application de procédés à être robotisée. C’est aussi cette application qui a été motrice dans l’introduction de la programmation hors ligne (PHL) dans l’industrie.

La programmation du soudage par point a été réalisée uniquement par apprentissage pendant quinze ans. Dans ce mode de programmation, l’opérateur dispose d’un pupitre qui lui permet de déplacer manuellement le robot à partir de boutons poussoirs et de mémoriser la position du robot (à l’arrêt) sur des poses particulières. Au fil des ans, cette programmation s’est enrichie de fonctions diverses propres au robot ainsi que de fonctions propres au procédé. Ces fonctions affinaient la programmation, facilitaient la tâche de l’opérateur et permettaient d’améliorer la qualité du résultat final. Cependant, elles allongeaient le temps nécessaire à la programmation, mais le nombre de robots installés restant faible, les utilisateurs s’en contentaient. Au début des années 1980, les lignes de montage et d’assemblage comptaient de plus en plus de robots et le temps nécessaire à leur démarrage et à leur mise au point s’allongeait. Il fallait donc impérativement diminuer ces temps.

Deux possibilités s’offraient : la duplication (d’un robot à un autre) de programmes existants et donnant satisfaction ou bien la création analytique de programmes (ancêtre de la PHL).

La duplication de programme pouvait s’effectuer de deux façons, soit à partir d’un robot de l’installation, soit à partir d’une station dite école et située hors ligne. La notion de programmation hors ligne était née.

Il a fallu pour cela revoir la conception des lignes d’assemblage car elle rendait la duplication de programmes quasiment impossible.

Cependant, pour être complet, signalons que les robots de peinture (parmi les pionniers de la robotique) ont utilisé un mode de programmation particulier : l’apprentissage de la trajectoire du robot par l’opérateur via un guidage manuel à vitesse réelle. Les principaux défauts de cette programmation résidaient dans la masse à manipuler (problèmes des inerties). La qualité et le temps de cycle requis n’étaient pas aisés à obtenir car les corrections de programmes n’étaient pas possibles et obligeaient à créer un grand nombre de programmes pour ne retenir que le meilleur.

Une variante de cette programmation est apparue vers 1978 par la mise en œuvre d’une structure mécanique allégée de même modèle cinématique théorique que le robot. Cette structure s’appelait un syntaxeur (Renault plus tard appela un tel système un « pantin »). On se trouvait alors dans le contexte d’une programmation hors ligne, et les problèmes rencontrés préfiguraient ceux qui allaient être spécifiques à ce mode de programmation.

La notion d’étalonnage de robot est alors apparue. Celle-ci a pour finalité d’éliminer les erreurs des programmes générés par PHL qui sont dues à la différence existant entre les modèles cinématiques théoriques et les modèles réels des robots installés.

Dans le même temps, le concept de cellule robotisée (aussi appelée îlot) s’est imposé et pour des raisons de sécurité, la présence humaine à l’intérieur de celle-ci a dû fortement se limiter. L’utilité de la PHL était renforcée. Dans ce contexte, la PHL ne peut être efficace que si la géométrie de l’ensemble des différents constituants de la cellule est connue. La notion d’étalonnage de robot devient alors insuffisante et c’est la cellule dans son intégralité qui doit être étalonnée.