Ce qu'est un robot, au sens technique
La définition de référence est plus large que l'image mentale du bras articulé. Selon la norme NF EN ISO 10218-1, un robot est un bras manipulateur programmable destiné à des applications multiples, évoluant sur au moins trois axes, fixe ou mobile. Employé en environnement industriel, il devient un robot industriel.
Cette définition a une conséquence directe : le robot n'est pas considéré comme une machine à part entière, mais comme une quasi-machine, dès lors qu'il est vendu sans outils ni application dédiée. C'est son intégration dans un système robot, complété de ses équipements externes, qui produit une machine au sens de la réglementation.
Cinq architectures, cinq domaines
Le bras articulé à six axes est le plus répandu, et le plus polyvalent. Ses trois premiers axes positionnent le poignet, les trois suivants orientent l'outil. Il excelle dès qu'il faut présenter l'outil sous une orientation variable : suivi de trajectoire complexe, accès contraint, reprise d'orientation.
Le bras à cinématique horizontale, dit SCARA, repose sur deux articulations à axes verticaux suivies d'une translation verticale. Il est très rigide verticalement et volontairement plus souple dans le plan, ce qui en fait l'architecture de référence pour l'insertion, le vissage et le transfert rapide sur un plan.
Le portique cartésien déplace un outil selon trois axes perpendiculaires. Son coût au mètre de course est sans commune mesure avec celui d'un bras articulé de grande portée, ce qui en fait la solution la plus rentable sur les grandes surfaces de travail.
L'architecture parallèle, dite delta, suspend une plateforme mobile à plusieurs bras. Son inertie réduite autorise des accélérations que les architectures sérielles n'atteignent pas, ce qui la destine au tri de pièces légères à très haute cadence.
Les robots mobiles, enfin, ne manipulent pas mais transportent. Ils se distinguent des chariots filoguidés par leur navigation, fondée sur la comparaison entre perception et carte, qui leur permet de choisir leur itinéraire et de contourner un obstacle.
Le mot cobot désigne une application, pas une machine
C'est le point le plus mal compris du domaine, et il conditionne pourtant tout le budget de sécurité.
Un robot collaboratif est un robot énergisé, autonome, intégré dans une cellule robotique pour travailler à proximité des opérateurs ou en relation directe avec eux. Cette coactivité implique la suppression totale ou partielle des barrières physiques.
Mais la formule décisive est ailleurs : en réalité, c'est l'application qui est collaborative ou non, pas le robot. Un bras vendu comme cobot, installé derrière un grillage où personne n'entre, produit une application classique. Un bras industriel dont l'espace est surveillé et qui ralentit à l'approche d'un opérateur produit une application collaborative.
La coactivité prend trois formes distinctes. Le partage d'espace de travail, où chacun réalise des tâches différentes dans le même environnement. La collaboration directe, où les deux travaillent simultanément à une tâche commune. La collaboration indirecte, où ils interviennent à tour de rôle sur la même tâche.
Ce qui distingue physiquement un bras collaboratif
Les différences matérielles sont réelles. Formes arrondies sans angle vif ni zone de cisaillement, mesure de couple dans les articulations permettant de détecter un contact anormal, parfois peau sensible.
Elles ont une contrepartie : les vitesses admissibles en présence humaine sont limitées, les charges utiles restent généralement inférieures à celles d'un bras industriel de même encombrement, et la répétabilité peut être légèrement moins bonne.
Un bras conçu pour la collaboration reste par ailleurs un élément d'un système. Le procédé, l'outil et la pièce génèrent des risques que sa conception n'a pas pu anticiper. C'est l'intégration de la sécurité à la conception de l'application qui rend celle-ci sûre, jamais le seul choix du bras.
Dimensionner sans se tromper de grandeur
Trois pièges reviennent dans tous les projets.
La charge utile annoncée est une valeur nominale. En pratique, la masse du préhenseur s'ajoute à celle de la pièce, le déport du centre de gravité crée un couple que le poignet doit encaisser, et l'accélération demandée consomme de la réserve. Le couple au poignet et l'inertie sont les limites réellement contraignantes, pas la masse seule.
La répétabilité et la précision absolue sont deux grandeurs différentes. La première, publiée par les constructeurs, mesure la capacité à revenir au même point. La seconde mesure l'écart entre position commandée et position atteinte, et elle est toujours moins bonne. Cette distinction devient déterminante dès que la trajectoire est calculée hors ligne plutôt qu'apprise sur la machine.
Les singularités, enfin, sont des configurations où deux axes s'alignent et où le contrôle devient instable. Ce n'est pas un défaut mais une propriété de l'architecture, et elle se traite en implantation : déplacer la table de travail de quelques dizaines de centimètres résout parfois ce que des heures de programmation ne corrigeraient pas.
Le prix du bras n'est pas le prix de la cellule
Sept postes composent le budget réel : le bras et sa commande, le préhenseur, l'alimentation et l'évacuation des pièces, les protections et fonctions de sécurité, l'intégration, la formation, la maintenance.
Trois dépenses supplémentaires n'apparaissent presque jamais dans une première offre parce qu'elles relèvent de l'entreprise : la préparation du site, le temps interne de projet, et la production perdue pendant la montée en cadence.
À bras identique, quatre facteurs expliquent l'essentiel des écarts entre deux propositions : le nombre de références à traiter, la qualité de présentation des pièces, le mode d'interaction retenu et le niveau d'autonomie visé.
Le critère qui tranche
Au terme de la comparaison, une seule question oriente réellement le choix : y a-t-il une raison de production pour qu'un humain se trouve dans l'espace du robot pendant qu'il travaille.
Si la réponse est non, la solution périmétrique classique reste la plus performante et souvent la moins chère, parce qu'elle autorise les vitesses pleines. Si la réponse est oui, l'application collaborative se justifie, et il faut en accepter les conséquences en cadence. Si la réponse est non mais que la place manque pour une enceinte, le choix collaboratif devient un choix d'implantation, ce qui mérite d'être écrit comme tel dans le dossier.
