Les innovations des robots SCARA renforcent les performances et la fiabilité

Par la Section Factory Automation de Yamaha Motor Europe.

Schéma 1. L'entraînement sans aucune courroie améliore la précision et la longévité.

Les robots SCARA peuvent automatiser et accélérer les processus de report de composants et d'assemblage de petites pièces, par exemple le transfert entre différentes étapes de production, le vissage et la distribution. Ils sont également capables d'effectuer des tests de fonctionnement comme l'activation de boutons.

À l’instar de toutes les technologies antérieures d'automatisation industrielle, les robots apportent une valeur ajoutée en améliorant la productivité et en réduisant les coûts de fonctionnement. Pour garantir un retour sur investissement satisfaisant, les projets industriels doivent concilier une vitesse et un temps de cycle optimaux tout en veillant à ce que la précision, la répétabilité et la fiabilité soient constantes.

En parallèle, les fonctions et les performances des robots SCARA ne cessent de progresser. Les nouveaux modèles permettent à des robots plus petits de traiter des projets de plus grande ampleur, avec des déplacements plus rapides et un temps de cycle qui reste court. Les systèmes de vision sont désormais prêts à l'utilisation, ce qui simplifie l'intégration et la programmation. Enfin, de nouvelles fonctions viennent réduire l'usure mécanique et faciliter la maintenance. Pour bien comprendre ces avancées, observons de près les robots SCARA modernes.

Mouvement et équilibre
Les innovations portant sur l'amélioration du contrôle du mouvement de la pointe contribuent à améliorer la vitesse et la précision du positionnement. En effet, le processus de report de composant exige que le mouvement vertical, ou de l'axe Z, ainsi que le mouvement rotatif, de l'axe R, soient parfaitement contrôlés.

Historiquement, c'est une vis-mère actionnée par un moteur à engrenage vertical qui contrôle le mouvement en Z, tandis que l'axe R est actionné par une courroie depuis le moteur à arbre tournant. Les deux transmissions par courroie peuvent désormais être remplacées par des entraînements directs afin d'éliminer toute usure et tout risque de rupture ou d'étirement des courroies. La précision à long terme s'en trouve allongée et la maintenance réduite. Yamaha a ainsi mis au point un mécanisme d'entraînement direct par vis à billes pour contrôler l'axe Z sans courroie. C'est là le fruit de son expérience en matière de robots à axe unique, et de l'association d'un moteur creux et d'un réducteur de vitesse coaxial qui aide à la maîtrise du mouvement de l'axe R (schéma 1).

Non seulement le moteur creux et le réducteur garantissent la précision et la durée de vie de l’entraînement sans courroie, mais ils permettent aussi une vitesse de rotation sur l'axe R plus élevée avec de fortes charges qui entraînent un décalage important. Contrairement à un axe R conventionnel à courroie, qui doit décélérer pour placer les charges qui présentent un grand moment d'inertie, la transmission sans courroie tolère un moment d'inertie supérieur car l'axe de rotation de la pointe correspond directement au réducteur de vitesse.

Par ailleurs, l'optimisation des rapports d'entraînement assure une vitesse de rotation et un mouvement x-y maximum sur toute la zone de travail de la machine, d'où une réduction du temps de cycle. Cette nouveauté est particulièrement intéressante pour les processus impliquant des transferts d'objets sur de longues distances.

Les robots SCARA actuels, dotés d'une transmission sans courroie, affichent une longueur de bras allant jusqu'à 1 200 mm ainsi qu'une charge utile maximale de près de 50 kg. Les plus petits modèles vont jusqu'à 120 mm, pour une charge utile totale d'un kilo. Leurs utilisateurs s'en servent pour configurer des cellules d'assemblage compactes et haute performance dans des espaces restreints.

En cas de manque d'espace, les robots SCARA orbitaux montés au plafond permettent d'accéder à n'importe quel emplacement dans l'enveloppe de travail ci-dessous (Schéma 2), offrant ainsi plus de liberté pour réduire l'empreinte de production.



Schéma 2. Parfaitement équilibrés, les robots SCARA orbitaux allient haute cadence et gain de place.

Avec les robots SCARA orbitaux, la répartition optimale des masses est essentielle pour atteindre une vitesse de déplacement élevée quelle que soit la charge. Yamaha utilise des matériaux légers et tire profit de son savoir-faire en matière de moteur creux et d'entraînement, ce qui, en plus du positionnement optimisé du moteur en interne, permet un temps de cycle moyen de 0,29 secondes pour déplacer une charge d'1 kg sur 300 m à l'horizontale et 25 mm à la verticale, soit un gain de 36 % par rapport aux modèles précédents. La charge utile maximale est de 5 kg.

Outre ces avantages liés à un meilleur équilibre et à une inertie plus faible, on note une pression réduite exercée sur le support de montage à installer pour soutenir le robot. Le gain de poids et la conception simplifiée sont alors synonymes d'économies et de facilité d'installation en usine.

L'innovation au service du temps de fonctionnement
La précision de placement à long terme et la résistance aux contaminants environnementaux comme l'humidité, la poussière et la graisse peuvent être renforcées en remplaçant les encodeurs optiques par des résolveurs de position magnétiques. Ce derniers supportent par nature les chocs et le bruit électrique, contrairement aux encodeurs optiques. De plus, la structure des résolveurs magnétiques est simple, avec un minimum de composants électroniques, d'où leur grande fiabilité et leur tenue à haute température.

En outre, le soin apporté à simplifier la maintenance allonge significativement la durée de fonctionnement des équipements. Les panneaux peuvent être retirés facilement, sans avoir à toucher au câblage ni aux conduites, ce qui permet d'effectuer rapidement l'entretien de routine ou les réparations. Enfin, les dernières formules de graisses longue durée évitent de perdre du temps à démonter et lubrifier les machines pendant toute leur durée de vie.

La vision prête à l'emploi
L'ajout de la vision élargit la gamme de fonctions que peut réaliser le robot, pour inclure la recherche des pièces à traiter et la correction des écarts de position. Jusqu'à présent, la vision des machines était contrôlée indépendamment du robot, et nécessitait une compétence spécialisée en vision pour programmer le système de vision et utiliser les données dans le cadre des instructions transmises au robot. Cette barrière n'existe plus avec les derniers systèmes de vision, où la vision est intégrée dans la programmation du robot pour une prise en main immédiate et une mise en route rapide.

Finis les délais de communication entre la vision et le robot ! Le système de vision iVY2 de Yamaha et le contrôleur RCX340 améliorent eux aussi les performances grâce à des innovations telles que la nouvelle commande CTMOVE, qui exécute un cycle complet de suivi du convoyeur, de la position de départ jusqu'à la prise du composant, en remplaçant trois instructions distinctes, favorisant une vitesse de prise et de dépose allant jusqu'à 100 cpm.

Exigences spécifiques
Pour finir, de nouvelles configurations peuvent être étudiées pour satisfaire des demandes spécifiques. Des robots SCARA inverses sont spécialement conçus pour soulever la pièce de travail par-dessous, ce qui évite la contamination par d'éventuelles particules (poussière, humidité) accumulées sur la surface du robot. Il existe également des robots SCARA de chambre blanche fonctionnant sans courroie pour prévenir toute contamination due à l'usure de la courroie, et dotés d'un mécanisme d'aspiration intégré à l'arrière de la machine pour éviter l'émission de poussière.

Conclusion
La conception des robots SCARA s'améliore subtilement, de la pointe rotative jusqu'à l'interface de commande, d'où un cercle vertueux de performance, vitesse, fiabilité et productivité ainsi qu’un retour sur investissement plus rapide.

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