Qu’est-ce qu’un bras robotique articulé ?
Les bras robotisés articulés constituent la forme structurelle la plus courante des robots industriels. Ils sont composés de plusieurs articulations rotatives reliées en série et, grâce au mouvement coordonné de chaque articulation, ils peuvent réaliser des opérations multi-angles et multidirectionnelles dans l’espace.
Un bras robotisé articulé typique possède généralement de 4 à 6 degrés de liberté et sa structure est similaire à celle d’un bras humain, incluant l’épaule, le coude et le poignet. Chaque articulation est actionnée par un moteur et un réducteur, permettant au bras robotisé d’effectuer des actions complexes telles que le positionnement, la manipulation, l’assemblage et le soudage.
Du point de vue structurel, un bras robotique articulé standard se compose généralement des éléments suivants :
- Base
- Bras/Avant-bras (Bras et avant-bras)
- Articulations
- structure du poignet
- effecteur terminal
Cette structure en série lui confère un grand espace de travail et une grande flexibilité, ce qui la rend largement utilisée dans les lignes de production automatisées.
Il convient de noter que plus il y a d’articulations, plus la mobilité est grande, mais cela implique également une structure plus complexe et des exigences plus élevées en matière de précision d’usinage et de cohérence d’assemblage des pièces.
Pourquoi le degré de liberté détermine-t-il les performances d’un bras robotique ?
Dans la conception des bras robotiques, les degrés de liberté (DOF) constituent un concept fondamental mais crucial.
En termes simples, un degré de liberté correspond au nombre de directions ou d’axes selon lesquels un système mécanique peut se déplacer indépendamment. Pour les bras robotiques articulés, chaque articulation supplémentaire ajoute généralement un degré de liberté.
Degrés de liberté d’un bras robotique articulé
Un bras robotique articulé industriel typique possède généralement de 4 à 6 degrés de liberté, la structure à 6 axes étant la plus courante.
- Rotation de la base : Contrôle la rotation générale à gauche et à droite
- Épaule : Contrôle le mouvement de haut en bas du bras
- Coude : Contrôle l’amplitude des changements de longueur du bras
- Rotation du poignet : Ajustement de la posture et de la direction
- Mouvement du poignet : Contrôler l’angle d’inclinaison
- Rotation de l’effecteur terminal : Positionne précisément l’orientation de l’outil
Un bras robotique à 6 degrés de liberté peut réaliser :
- Positionnement de l’emplacement dans n’importe quelle position spatiale (X / Y / Z)
- Posture réglable (contrôle de l’angle)
C’est pourquoi la plupart des robots industriels utilisent une structure à 6 axes.
Plus de liberté signifie-t-elle plus de capacités ?
Sur le plan fonctionnel, plus un bras robotisé possède de degrés de liberté, plus il est flexible et plus les trajectoires et les mouvements qu’il peut effectuer sont complexes.
Cependant, en pratique, l’augmentation du nombre de degrés de liberté a un coût important :
- Complexité structurelle accrue
- Difficultés accrues de contrôle
- augmentation des coûts
- Les sources d’erreur ont considérablement augmenté.
Comment un bras robotisé obtient-il de l’énergie ?
Le mouvement d’un bras robotisé consiste essentiellement en la rotation et l’enchaînement de ses différentes articulations, et la réalisation de ces mouvements dépend d’un système complet d’alimentation et de transmission.
En termes simples, le chemin de transmission de puissance d’un bras robotique articulé est généralement le suivant : moteur → réducteur → sortie de l’articulation → mouvement de la liaison.
Ce processus détermine la vitesse, la précision et la capacité de charge du bras robotisé.
1) Source d’entraînement : Système de moteur
Actuellement, les bras robotisés industriels utilisent principalement les deux méthodes d’entraînement suivantes :
servomoteur
Le choix dominant se caractérise par :
- Haute précision de contrôle
- temps de réponse rapide
- Permet une commande en boucle fermée
Il convient à la plupart des robots industriels, notamment pour les applications exigeant une grande précision de trajectoire.
moteur pas à pas
Principalement utilisé dans les systèmes à faible charge ou à faible coût :
- Simple à contrôler
- coût inférieur
Cependant, il a été progressivement remplacé par des servomoteurs dans les applications à charge élevée et à haute précision.
2) Composant clé : mécanisme de réduction de vitesse
Le moteur lui-même possède une vitesse élevée et un faible couple, il ne peut donc pas actionner directement les articulations du bras robotisé. Il est par conséquent nécessaire de passer par un réducteur.
Les méthodes de décélération courantes comprennent :
- Réducteur RV
- Haute rigidité
- haute résistance aux chocs
- Convient aux articulations robustes (telles que les bases et les épaules).
Entraînement harmonique
- Petite taille
- Haute précision
- Petit dédouanement pour retour
Il est généralement utilisé dans les pièces mobiles de précision, comme le poignet.
Les performances du réducteur ont une incidence directe sur :
- Précision de positionnement du bras robotisé
- Répétabilité
- Durée de vie
3) Transmission de puissance : structure articulaire
La puissance décélérée est transmise par la structure articulaire, ce qui entraîne le mouvement du bras robotique.
Cela implique plusieurs composants mécaniques clés :
- Arbre de sortie
- Roulements
- Engrenages ou composants de transmission
- Logement
Ces composants déterminent ensemble les caractéristiques de l’articulation :
- Rigide
- Stabilité
- Précision de rotation
Enjeu principal : trouver le juste équilibre entre couple et précision
Dans la conception des bras robotisés, le système d’alimentation doit non seulement fournir un couple suffisant, mais aussi garantir que la précision lors du processus de transmission ne soit pas compromise.
Les difficultés courantes comprennent :
- Déformation structurelle sous charge élevée
- Augmentation des écarts après une opération prolongée
- Erreurs accumulées dues à une transmission à plusieurs étapes
C’est pourquoi le système d’alimentation d’un bras robotisé n’est pas seulement un « problème de propulsion », mais essentiellement un « problème de fabrication de précision ».
Relation directe avec la précision d’usinage
En pratique, la fabrication de pièces liées aux systèmes d’alimentation électrique requiert des compétences d’usinage très élevées, par exemple :
- Coaxialité du boîtier du réducteur
- précision d’engrènement
- tolérances d’ajustement de l’arbre et du roulement
- Planéité de la surface de montage du joint
Si ces dimensions critiques ne sont pas correctement maîtrisées, cela entraînera directement :
- Vibrations accrues
- Augmentation du bruit
- Précision diminuée
- Durée de vie réduite
Par conséquent, ces types de pièces nécessitent généralement un usinage CNC de haute précision, notamment pour :
- Usinage de structures complexes multi-axes
- Composants nécessitant une coaxialité élevée
- Pièces d’accouplement de précision
Composants de haute précision pour bras articulés de robots
Si vous développez ou fabriquez des bras robotiques articulés, vous êtes déjà conscient d’un problème bien réel : la qualité d’usinage de la structure mécanique détermine directement les performances de l’ensemble de la machine.
Qu’il s’agisse du carter d’articulation, des composants de transmission ou des connecteurs structurels, ces composants essentiels nécessitent un support de fabrication stable et de haute précision pour garantir :
- Mouvement articulaire fluide
- Précision de positionnement stable
- Fiable pour une utilisation à long terme
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