Effecteur robotique : notre guide complet pour choisir le bon

Un effecteur terminal est un outil rattaché à l’extrémité d’un bras robotique pour lui permettre de réaliser certaines applications.

Le kit robotique issu de votre distributeur inclus parfois un effecteur, mais dans tous les cas, il est indispensable de choisir celui adapté à votre tâche. Cela va d’une simple pince à préhension jusqu’à des kits de ponçage et de visage. 

Voici donc un guide pour vous informer sur les différents types d’effecteur, les applications supportés et comment bien les sélectionner.

Les outils de préhension

Les premiers effecteurs robotiques de base servent à saisir, déplacer et déposer des pièces de toute dimension. Ils peuvent fonctionner soit de manière pneumatique (de l’air qui actionne la pince), hydraulique (impulsion par pompe à huile), électrique (un feedback électrique), ou avec des ventouses à vide. 

Bien que les pinces pneumatiques soient plus compact et les pinces pneumatiques plus puissantes, les modèles les plus modernes se servent surtout de servo électrique et de ventouse pour leur bas coût et flexibilité : 

Pince à préhension

Ces pinces appliquent une force mécanique sur les objets, souvent par un feedback électrique. Il y en a de toutes les formes et dimensions : 

• Des pinces à deux doigts pour manipuler des pièces aux formes régulières
• Des préhenseurs à trois doigts pour porter des objets ronds, sphériques ou de formes irrégulières
• Des pinces aux doigts délicats destinés à saisir des objets fragiles ou alimentaires.
• Des outils de préhension dotés de capteur de force, pour améliorer la précision de la saisie et diminuer le risque d’erreur
• Des pinces magnétiques pour transporter les pièces métalliques plus facilement

Les applications les plus courantes sont le Pick&Place, l’assemblage de pièces, le chargement de machines, et le tri et l’emballage.

Les fabricants les plus connus de ces pinces à préhension sont OnRobot, Robotiq, WeissRobotics, Festo, Piab

Préhenseur à vide

Ces outils de préhension se servent des différences de pression de l’air entre l’intérieur et l’extérieur pour aspirer et agripper les objets. Ils sont dotés de ventouses pour emprisonner l’air qu’ils génèrent souvent par support électrique. En agrandissant ou réduisant la surface de ventouse, ils peuvent manipuler des objets légers aux volumes variés :

• Pièces en plastique, en verre et feuilles de métal
• Emballage en carton
• Des palettes en bois

Par leur flexibilité et leur délicatesse, ils sont notamment populaires dans l’industrie alimentaire, logistique et pharmaceutique. Ils sont plébiscités dans des applications telles que l’emballage et la palettisation.

Les principaux fabricants de ces équipements sont OnRobot, Robotiq, Piab, Schmalz, Destaco, Coval.

Kit de vissage

Avec de plus en plus d’agilité, les robots sont désormais capables de s’appliquer au vissage de pièces avec grande productivité. Les robots collaboratifs se démarquent notamment par leur capacité à adapter et affiner leur geste en permanence. Ces kits de vissage comportent :

• La visseuse avec un axe de déplacement de l’intérieur à l’extérieur. Fonctionne par feedback électrique ou avec une pompe à vide.
• Le distributeur de vis
• Un capteur de couple qui calcule la bonne position, force et vitesse à appliquer sur la vis

Avec ces éléments, les responsables de lignes de production peuvent gérer leur application de vissage sur des pièces de dimension très variées, que ce soit des montages électriques, des carrosseries de voiture, ou d’équipements. Tout cela avec une productivité constante et un résultat fiable au millimètre près.

Les différents fabricants de solution de vissage robotiques sont OnRobot, Stoeger, Robotiq, Montztorque, Visumatic et Weber.

Outil de découpage

Bien qu’encore très peu compatibles avec les robots collaboratifs, les effecteurs de découpage sont régulièrement utilisés par les possesseurs de robot industriel. Qu’ils soient des outils de coupe, de forage, fraisage ou d’usinage, ils bénéficient de la grande répétabilité et portée de mouvements des robots articulés. Plus encore, comparés aux machines d’usinages, ils permettent de faire fonctionner ces applications de découpage 24h/24 et sans intervention humaine. Il y en a de plusieurs types :

• Outil de découpage laser
• Module de forage et de tapotage
• Effecteur de fraisage
• Lame de découpage mécanique ou ultrasonique

Les fabricants connus sont Haalsti, Zagar, Setitec, ainsi que les fabricants de robot (Fanuc, ABB, Motoman), et ils s’adressent notamment aux secteurs automobiles, aérospatiaux et électroniques.

Effecteur de distribution de matière

Les applications de peinture, revêtement, pulvérisation et collage supposent la manipulation de matière souvent toxique. Rien de surprenant alors que les robots sont devenus une solution enviable pour les automatiser. Les fabricants ont d’abord misé sur des robots spécialement conçus pour cette tâche. Plus récemment, ils ont valorisé la flexibilité de modèles plus compacts comme les cobots pour s’adapter à la surface et maximiser la distribution de matière. Ils peuvent aussi plus facilement atteindre des surfaces éloignés ou étroites.

Ces outils peuvent prendre plusieurs formes :

• Pistolet à peinture à air
• Une cloche de peinture atomisante. Une nouvelle technologie plus précise qui tourne à haute vitesse pour maximiser la distribution de matière.
• Pinceau de peinture
• Module de distribution de colle
• Seringue de distribution

Les fabricants leader de ces solutions sont Fanuc, Arsenal, TurboSpray, ABCO, Robot27, AimRobotics.

Outil de ponçage et de finition

Bien que ce soient des tâches plutôt gratifiantes, le ponçage, meulage, sablage et polissage peuvent être dangereux et parfois pénibles pour les travailleurs. Il est donc normal de vouloir les automatiser. 

Sur ce sujet, outre les robots industriels, les robots collaboratifs se sont notamment distingués grâce à la délicatesse et sensibilité de leur geste. Leur capteur de force avancé adapte intelligemment la pression qu’il exerce sur la matière pour atteindre un résultat désiré, tout en permettant l’intervention humaine en toute sûreté. Ces outils de finition sont disponibles sur le marché sous forme kits comportant généralement :

• Un outil orbital 
• Le support abrasif en contact avec la matière. Collés, appliqués ou en brosses, ils n’ont pas le même pouvoir de finition. 
• Le moteur électrique ou d’impulsion à air
• Le logiciel d’optimisation

Les entreprises connues dans le domaine sont Robotiq, PushCorp, OnRobot, ATI, Fanuc. Ils supportent généralement un grand nombre de surfaces : métal, aluminium, bois, verre, plastique.

Torche de soudage

Le soudage est une application depuis longtemps maîtrisée par les robots. D’une grande dangerosité et demandant une grande précision, des robots industriels spécifiques sont déjà beaucoup utilisés pour effectuer cette tâche. 

Avec l’arrivée des robots collaboratifs, de nombreux effecteurs sont apparus pour leur permettre de souder avec grande dextérité. Ce sont le plus souvent des arcs qui emploient un courant électrique pour faire fondre le métal. Ils peuvent aussi se servir de technologie de refroidissement à l’air, au liquide ou au gaz pour modeler la flamme.

Les fabricants spécialisés dans ces outils sont Fanuc, Vectis, ABICOR BINZEL, EDR, 

Capteur de force/couple

Avec les capteurs de force et de couple, les robots sont capables de sentir les contours des pièces comme les humains. Ils peuvent détecter les différences subtiles de force et de rotation qu’ils peuvent appliquer sur une surface. De cette manière, ils sont capables de s’adapter aux irrégularités de surface et d’appliquer la bonne pression. S’ils sont des technologies assez nouvelles pour les robots traditionnels, ils sont devenus monnaie courante pour les robots collaboratifs.

Et de nombreux fabricants fournissent des effecteurs qui boostent la détection de force pour gérer des applications précises :

• Insertion exacte de pièces de montage grâce à un feedback au milimètre
• Polissage, meulage et contournage précis des surfaces
• Inspection et contrôle qualité des pièces

Ces fabricants sont par exemple Fanuc, Robotiq, OnRobot, Epson, Mitsubishi, Tekscan.

Module de vision intelligente

Qui n’a jamais rêvé d’un robot qui sache voir ? Pour des applications comme le Pick & Place, des effecteurs de vision intelligente sont même indispensables pour que les robots détectent et saisissent les pièces sous différentes positions et angles. Cela permet de rendre ces applications plus flexibles et de gérer différents flux de distribution en même temps.

Ces modules sont souvent fournis en kit incluant :

• Une caméra qui adapte automatiquement sa luminosité et son focus 
• Un logiciel de calibration et de programmation de la vision
• Un modèle intelligent d’apprentissage d’image qui s’adapte aux conditions photographiques

De nombreux constructeurs fournissent cette technologie, mais les principaux sont : Fanuc, Sick, VEX, Omron, OnRobot ou Baumers.

Kit de changement d’outil

Les fabricants d’effecteurs ont aussi eu l’idée de créer des changeurs d’outils pour passer d’une application à une autre. En pouvant s’équiper de deux effecteurs à la fois, ils permettent aux robots -souvent collaboratifs- de combiner deux outils à la fois. Les combinaisons sont ainsi infinies : 

• Une pince plus un dispositif de collage
• Un module de vision plus une pince
• Un kit de vissage plus un outil de vision
• Une pince plus un capteur de force

Les principaux distributeurs sont ATI, OnRobot, TripleA, Destaco, Staübli.

Comment choisir le bon effecteur pour votre cobot ?

Maintenant que vous savez quel effecteur correspond à vos besoins, comment trouver la meilleure marque ou le meilleur modèle pour votre application ? Cela suppose une recherche étape-par-étape :

1. Considérez l’application que vous voulez automatiser et les objectifs que vous voulez atteindre. Voulez-vous un effecteur pour améliorer la productivité, la qualité ou précision du résultat, la sûreté de la tâche ?
2. Informez-vous sur les différents types d’effecteurs adaptés à votre application grâce à la liste de cet article. 
3. Comparez leur performance par rapport à votre objectif (précision, vitesse, force), leur prix et leur compatibilité avec votre robot
4. Dès que vous l’avez acheté, faites une évaluation des risques potentiels de ce nouvel outil.
5. Installez l’effecteur sur le bras robotique et formez vos équipes sur cette solution.

Voilà, plus qu’à profiter des avantages de votre effecteur sur votre processus de production ! Et si vous voulez une comparaison plus profonde de modèles cobotiques, consultez notre guide.