Comment choisir le bon effecteur terminal pour votre cellule robotisée

Le choix de l'effecteur terminal approprié dépend de cinq facteurs : la pièce à usiner, la tâche à effectuer, l'environnement, le type de robot et le temps de cycle requis. L'effecteur terminal est l'outil situé à l'extrémité du bras du robot. Il saisit, maintient, soude ou positionne. C'est donc lui qui détermine les capacités réelles de votre cellule robotisée. Ce guide vous présente les critères de sélection, une méthode claire pour prendre votre décision et une comparaison de tous les principaux types de préhenseurs.

Une chose d’emblée : il existe rarement un effecteur terminal parfait. Il existe celui qui convient à une tâche spécifique. C’est précisément celui-là que vous trouverez en suivant la bonne série de questions.

Sommaire

• Les 5 critères de sélection en un coup d’œil
• Pas à pas vers l’effecteur terminal adapté
• Comparaison des principaux types d’effecteurs terminaux
• Dimensionnement de la force de préhension, de la charge admissible et du temps de cycle
• Interface, sécurité et fonctionnement avec des cobots
• Erreurs courantes lors du choix
• Questions fréquentes

Les cinq critères de sélection en un coup d'œil

Le choix d’un effecteur terminal peut se résumer à cinq critères. Vérifiez-les dans cet ordre :

1. Pièce à traiter : forme, poids, matériau, surface et sensibilité. Une tôle lisse nécessite un effecteur différent d’un sac souple.
2. Tâche : préhension, assemblage, palettisation, soudage, découpe ou contrôle. Chaque fonction dispose de son propre outil.
3. Environnement : poussière, humidité, température et exigences en matière d’hygiène. Les règles en vigueur dans l’industrie agroalimentaire diffèrent de celles du secteur de la construction mécanique.
4. Type de robot : robot industriel, cobot ou bras robotisé spécialisé. L’interface mécanique et la charge admissible doivent être adaptées.
5. Temps de cycle : la rapidité avec laquelle la préhension doit s’effectuer dépend du nombre de pièces. Des cadences élevées exigent des systèmes légers et rapides.

Ces cinq points réduisent déjà considérablement le choix. La pièce à manipuler est ici le facteur déterminant. Elle définit le principe de préhension, tous les autres critères s’articulent autour de celui-ci.

Pas à pas vers l’effecteur terminal adapté

En suivant un ordre précis, ces cinq critères permettent de prendre une décision. Quatre étapes mènent à l’objectif.

Étape 1 : mesurer la pièce. Noter le poids, les dimensions, le matériau et les surfaces de préhension. La fourchette de valeurs est importante. Si la cellule manipule plusieurs variantes, ce sont la pièce la plus lourde et la plus fragile qui comptent.

Étape 2 : Définir le principe de préhension. Le principe découle de la pièce à manipuler. Les surfaces lisses et denses plaident en faveur du vide. Les contours fermes plaident en faveur d’une pince mécanique. Les pièces ferromagnétiques plaident en faveur d’une pince magnétique.

Étape 3 : dimensionner la charge. Calculez la force de préhension et la charge admissible en prévoyant une marge de sécurité. La charge admissible du robot doit pouvoir supporter à la fois la pièce et l’effecteur terminal. Le poids propre du préhenseur est souvent négligeable.

Étape 4 : Vérifier l’interface et la sécurité. La bride doit être compatible avec le robot. Vérifiez également si le préhenseur a besoin d’électricité, d’air comprimé ou d’un signal de bus. En mode cobot, l’évaluation des risques s’ajoute à cela. Ce n’est qu’une fois ces quatre étapes maîtrisées que le choix peut être fait.

Comparaison des principaux types d’effecteurs terminaux

Les effecteurs terminaux se répartissent en 7 groupes principaux. Le tableau indique à quoi chaque groupe est le mieux adapté.

Pinces mécaniques

Les pinces mécaniques saisissent un objet à l'aide de deux mâchoires ou plus. Ce sont des outils polyvalents. On les trouve dans le montage, la manutention de pièces et le chargement de machines. Robustes, elles sont utilisées dans de nombreux secteurs, de l'industrie agroalimentaire à la construction mécanique. Leur seule limite est la surface de préhension. La pièce doit présenter un contour permettant aux mâchoires de la saisir en toute sécurité.

Pinces pneumatiques

Les pinces pneumatiques fonctionnent à l'air comprimé. Elles sont donc rapides et légères. De nombreux robots « pick-and-place » les utilisent car elles permettent des cadences élevées. Elles offrent un bon compromis entre vitesse, simplicité technique et faibles coûts d'exploitation. La présence d'une alimentation en air comprimé dans la cellule est indispensable.

Pinces à vide

Les préhenseurs à vide aspirent une pièce au lieu de la serrer. Cette méthode convient aux composants plats, lisses ou fragiles. Les machines d’emballage, les palettiseurs et la fabrication électronique y ont souvent recours. Le verre, le carton, le plastique et les tôles fines peuvent ainsi être manipulés en douceur. La surface doit être suffisamment dense pour que la ventouse tienne bien.

Pince magnétique

Une pince magnétique est la solution simple pour les pièces ferromagnétiques. C’est dans la fabrication, la construction mécanique et le montage qu’elle démontre tout son potentiel. Elle saisit rapidement et sans mécanisme complexe. Elle ne fonctionne qu’avec des matériaux magnétiques, ce qui limite clairement son utilisation.

Changeur d’outils

Dans les cellules flexibles, un seul effecteur terminal ne suffit souvent pas. Un changeur d’outils permet au robot de passer automatiquement d’un outil à l’autre, par exemple entre une pince, une visseuse, une ventouse et un chalumeau de soudage. Cela rend une cellule polyvalente, sans qu’il soit nécessaire de procéder à un changement d’équipement manuel. Les cobots et les robots industriels effectuant des tâches variées en tirent particulièrement profit.

Outils de soudage et de découpe

Des effecteurs terminaux spécialisés sont utilisés pour le soudage, la découpe ou le perçage. Ils sont robustes, précis et souvent équipés de capteurs pour le contrôle qualité. Les domaines d’application typiques sont l’industrie automobile et l’usinage des métaux, c’est-à-dire partout où une grande précision et une productivité élevée vont de pair.

Effecteurs terminaux spécialisés

Certaines tâches exigent une solution sur mesure. C’est le cas notamment des préhenseurs adaptés au secteur agroalimentaire, des outils destinés à des pièces très légères ou de haute précision, ainsi que des systèmes guidés par capteurs pour une précision maximale. On peut citer par exemple les préhenseurs à aiguilles pour les textiles ou les préhenseurs adaptatifs qui s’adaptent à des contours variables. Ces effecteurs terminaux sont développés sur mesure et sont parfaitement adaptés à une tâche spécifique.

Dimensionnement de la force de préhension, de la charge admissible et du temps de cycle

Trois paramètres techniques déterminent si un effecteur terminal est adapté à la pratique : la force de préhension, la charge admissible et le temps de cycle. Ils doivent être dimensionnés avec une marge de sécurité, et non à la limite.

La force de préhension doit maintenir la pièce en toute sécurité, même lors des accélérations et des décélérations. Lorsque le robot se déplace rapidement, des forces supplémentaires s’exercent. Il faut donc prévoir une marge de sécurité au-delà du simple poids. En cas d’aspiration, c’est la surface d’aspiration utile qui compte ; pour les préhenseurs mécaniques, c’est la forme des mâchoires.

La charge admissible du robot est une limite stricte. Elle doit permettre de supporter à la fois la pièce à usiner et l’effecteur terminal. Un préhenseur lourd réduit la charge utile. Tenez toujours compte du poids propre de l’outil, sinon le dimensionnement du bras du robot ne sera pas correct.

Le temps de cycle relie ces deux paramètres à la vitesse. Une pince légère accélère plus vite et réduit la durée du cycle. Lorsque les volumes de production sont élevés, c’est précisément ce facteur qui détermine les performances de la cellule. L’interface mécanique entre le robot et l’outil est décrite dans la norme ISO 9409-1. Elle définit les dimensions des brides et garantit la compatibilité entre le robot et l’effecteur terminal.

Interface, sécurité et fonctionnement des cobots

Un effecteur terminal nécessite plus qu’un simple mécanisme de préhension adapté. Trois éléments viennent s’y ajouter : une interface conforme à la norme ISO 9409-1, un indice de protection conforme à la norme CEI 60529 et un concept de sécurité conforme à la norme ISO 10218.

L’interface comprend la bride mécanique et l’alimentation en courant, en air comprimé ou en signaux. La norme ISO 9409-1 mentionnée ci-dessus est utile à cet égard, car elle harmonise les cotes de raccordement.

L'indice de protection décrit le niveau de protection d'un outil contre la poussière et l'eau. Il suit le code IP (Indice de Protection, de l'anglais International Protection) conformément à la norme CEI 60529 de la Commission électrotechnique internationale (CEI). Une cellule dans l’industrie agroalimentaire nécessite un indice de protection plus élevé qu’une chaîne de montage sèche. Pour en savoir plus, consultez l’article consacré aux robots dans l’industrie agroalimentaire.

Dans le cadre de l’exploitation de cobots, la sécurité entre également en ligne de compte. L’effecteur terminal d’un robot collaboratif ne doit présenter ni arêtes vives ni points de pincement. Les normes ISO 10218-1 et ISO 10218-2 pour les robots industriels constituent la base, complétées par la spécification technique ISO/TS 15066 pour les applications collaboratives. Elles sont prises en compte dans l’évaluation des risques de l’ensemble de la cellule. L'article consacré à la mise en service d'une solution robotique clé en main montre comment une telle cellule est mise en place, de la conception à la mise en service.

Erreurs courantes lors du choix

Les mêmes erreurs se répètent lors du choix de l’effecteur terminal. Voici les 4 qui coûtent le plus souvent du temps et de l’argent.

• Oublier le poids propre du préhenseur : la charge admissible est calculée par rapport à la pièce à usiner, mais le préhenseur tombe sous la table. Il faut additionner les deux.
• Ne tenir compte que de la pièce type : lors des tests, c’est la pièce de démonstration impeccable qui est utilisée, mais en production, on est confronté à des tolérances et à des cas problématiques. Adaptez la pince à l’ensemble de la gamme de pièces.
• Vérification trop tardive du temps de cycle : un préhenseur lourd ralentit l’ensemble du cycle. Vérifiez le rythme suffisamment tôt par rapport au nombre de pièces requis.
• Interface négligée : la bride, l’air comprimé ou le signal ne sont pas adaptés au robot. Vérifie les raccordements avant de te décider.

Questions fréquentes

Comment choisir le bon effecteur terminal ?

Vérifiez cinq critères dans un ordre précis : la pièce à saisir, la tâche à effectuer, l’environnement, le type de robot et le temps de cycle. La pièce à saisir détermine le principe de préhension, c'est-à-dire s'il faut opter pour le vide, un système mécanique ou un aimant. Définissez ensuite la force de préhension et la charge admissible avec une marge de sécurité, puis vérifiez les interfaces et la sécurité. Vous trouverez ainsi l'outil adapté à la tâche concrète.

Qu’est-ce qu’un effecteur terminal ?

Un effecteur terminal est l'outil situé à l'extrémité du bras du robot. En anglais, on l'appelle « End of Arm Tooling », ou EOAT en abrégé. Il constitue l'interface entre le robot et l'objet et exécute la fonction proprement dite : saisir, maintenir, souder, mesurer ou positionner. Le robot assure le mouvement, l’effecteur terminal s’occupe de la tâche.

Quels sont les effecteurs terminaux les plus couramment utilisés ?

Les plus courants sont les préhenseurs mécaniques, les préhenseurs à vide et les préhenseurs pneumatiques. Ils assurent de manière fiable des tâches standard telles que le « pick-and-place », l’assemblage et la palettisation. Les préhenseurs mécaniques saisissent les contours rigides, les préhenseurs à vide maintiennent les surfaces lisses et les préhenseurs pneumatiques sont particulièrement performants à des cadences élevées.

Quel rôle joue la charge admissible dans le choix ?

La charge admissible constitue une limite stricte. Elle doit permettre de supporter à la fois la pièce à manipuler et l’effecteur terminal. Une pince lourde réduit la charge utile sur le bras du robot. Si l’on ne tient compte que du poids de la pièce et que l’on oublie celui de la pince, on surcharge le robot. Il faut donc toujours prévoir les deux poids, plus une marge de sécurité.

Quel effecteur terminal convient aux denrées alimentaires fragiles ?

Dans le secteur alimentaire, la préhension en douceur et l’hygiène sont primordiales. Les préhenseurs à vide et les préhenseurs souples adaptés au contact alimentaire sont particulièrement adaptés, car ils ménagent le produit. Il est important que les surfaces soient lavables et que l’indice de protection (selon le code IP) soit adapté. L’article consacré aux robots dans l’industrie agroalimentaire présente les solutions robotiques utilisées dans ce domaine.

Que signifie EOAT ?

EOAT signifie « End of Arm Tooling ». Ce terme désigne tout ce qui est monté à l’extrémité du bras du robot, c’est-à-dire l’effecteur terminal avec ses composants mécaniques et ses capteurs. Les pinces, ventouses, visseuses et torches de soudage en font partie. Dans la pratique, EOAT et « effecteur terminal » désignent la même chose.

Le choix de l’effecteur terminal dépend de la pièce à traiter et de la tâche à accomplir, et non d’une réponse toute faite. En vérifiant les cinq critères dans l’ordre et en dimensionnant la force de préhension, la charge admissible et le temps de cycle avec une marge de sécurité, on trouve à coup sûr l’outil adapté. Pour les tâches récurrentes telles que la palettisation, des cellules clés en main fournissent directement l’effecteur terminal adapté, comme par exemple le MalocherBot, la cellule de palettisation d’Unchained Robotics.