Robots mobiles (AGV's) au travail

«Beaucoup sont encore d'avis que les robots mobiles sont exagérément développés. Mais les AGV sont devenus plus petits, la technologie plus robuste, le prix plus accessible … Il faut bien avoir l'application adéquate.»

Mots clés: #AGV, #robot

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( Photo: AVT Europe )

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ENGINEERINGNET.BE - C'est l'avis de Tom Bergmans (39 ans), business development manager chez AVT Europe, l'expert en automatisation et constructeur d'AGV, qui compte une centaine d'employés à Essen. Il livrera bientôt deux AGV pour charges lourdes à un client français. Ils sont construits sur mesure et portent un robot Kuka. La combinaison robot-AGV prélève les échantillons en production, les place sous un capot de protection ; puis, elle les déplace de la position a à b, les déposent dans un rack puis prend à nouveau le conteneur à la position c pour finalement le ranger dans l'entrepôt. L'échantillon est placé dans un conteneur. « Une sorte de grande ‘casserole à moules’ à anses. Le robot prend le conteneur à l'aide de ces anses. » Le parcours fait plus de 60 m de long. C'est un processus itératif parfaitement réalisable par un robot. « Le client voulait automatiser l'application. »

Précision et compacité
« Le grand défi de ce projet était la précision requise », explique le chef de projet Jan Van Landeghem (36). Chaque destination a un numéro. La combinaison robot-AGV reçoit l'information via son propre réseau Wi-Fi protégé disposant de différents points d'accès. L'AGV utilise la navigation linéaire, une ligne de couleur au sol, entre les différentes positions. Le positionnement final est effectué par le code de contrôle pour accroître la précision. « Nous devons ranger le conteneur à plus/moins 1 mm. En effet, il est récupéré par un robot fixe. La précision du robot mobile dépend du positionnement de notre AGV. Après le positionnement, le scanner sur le préhenseur à l'extrémité du bras du robot scanne une matrice de données sur le mur. Le robot calcule et compense la différence de positionnement. »

L'espace limité nécessitait un AGV compact. Le dimensionnement final de la plate-forme était finalement de 1.300 mm de large, 2.800 mm  long et le bras du robot replié avait une hauteur maximale de 2.540 mm. Tous les composants sont contenus dans ce volume. L'accélération et la capacité de charge étaient d'importance secondaire. L'agilité, en revanche ... : l'AGV est équipé de roues omnidirectionnelles Mecanum avec lesquelles il peut se déplacer horizontalement dans toutes les directions. La charge pèse environ 30 kg. Le combiné lui-même pèse environ 2,7 tonnes. « Le client désirait faire usage de composants standards. »

AVT se penche à la fois sur les AGV 'charges lourdes' et ceux pour la logistiques qui circulent dans un entrepôt. Mais alors les  'hors-normes', personnalisés et juste hors des standards. (Photo AVT)

Les autres robots dans le bâtiment sont de Kuka. Il allait de soi de choisir la même marque. Les doigts du préhenseur sont fabriqués sur mesure. L'appareil fonctionne sur 380 V AC. La batterie fournit du 48 V DC converti en trois phases. Le système de charge de la batterie (avec bras de charge automatique) est intégré au système de commande du robot. Le temps de charge est de deux heures. « La recharge s'effectue en cas d'absence d’ordre. Lorsque la tension descend en dessous de 20%, une recharge à 50% s'impose ; après quoi un nouvel ordre peut être exécuté. »

Accélération en raison de la Covid-19
« Le coronavirus a tout accéléré en termes d'automatisation », confirme Bram Mariën, PDG du constructeur d'AGV de Lierre Mabo E&A. Ces dernières années, il a construit des AVG-robots pour deux clients belges. Pour l'un de ces derniers, l'entreprise a construit un AGV qui transporte une commode d'une salle blanche à une autre, qui passe d'étage en étage, au travers de sas, passe devant du personnel … L'appareil suit une bande de code au sol. Le système aérien de Mabo ouvre les portes en temps utile et guide l'ascenseur au bon étage. L'AGV s'amarre au sas idoine d'une salle blanche où le tiroir approprié est ensuite ouvert. Mabo E&A a conçu la commode en collaboration avec le client.

« Le défi ici était de limiter le poids mais aussi d'appréhender l'environnement au sens large et d'interagir avec le personnel », explique Mariën. La sécurité avant tout donc. « Le combiné prend des ascenseurs généralement également utilisés par des personnes. En cas d'alarme incendie, les véhicules ne peuvent pas bloquer une porte. » Pour un autre client du secteur chimique, Mabo a construit un AGV avec un bras robotisé Universal Robots. L'AGV emporte avec lui le produit de base. Le bras du robot exécute une action à certains endroits. Avec le manipulateur développé par Mabo E&A, le robot prélève une unité de produit et l'ajoute au produit transporté. L'AGV se positionne avec une précision de ± 2 cm. Le robot se positionne sur le produit au millimètre près à l'aide d'un scanner laser logé dans le préhenseur. L'AGV se dirige ensuite vers l'emplacement suivant.

« Il s'agit de nombreux, petits et courts déplacements dans une zone difficilement accessible pour les opérateurs. La hauteur est si faible qu'ils devraient se baisser. » La combinaison tourne seize heures d'affilées. L'AGV se dirige ensuite vers la station de charge automatique où les batteries au lithium sont chargées. La navigation de cette combinaison de 700 kg était le défi particulier. « Nous avons dû développer un algorithme pour un environnement en évolution très rapide. » Mabo E&A fait partie du groupe Mabo qui dégage un chiffre d'affaires de 40 millions d'euros. Le département AGV compte aujourd'hui une trentaine de personnels et l'entreprise recrute activement.

« Nous avons actuellement sur le marché néerlandais une équipe pour le support AGV, des chefs de projet et un ingénieur de projet. Nous construisons actuellement à Vianen (NL) un nouveau bâtiment pour AGV ; il sera opérationnel en Q1 2022. D'ici 2023, nous voulons y avoir environ dix personnels. » La construction d'AGV reste à Lierre. « Nous développons également une série d'AMR/RMA (robots mobiles autonomes) et des ‘under riders’, qui passent sous une armoire pour la prendre et la déplacer. »

De mobiele robot moet door een gang in een bestaand gebouw en vergt dus een compacte en wendbare AGV. (Foto LDS)

Localisation : aucune vision technologique « one-size-fits-all »
« Trois technologies sont cruciales pour les robots mobiles », stipule Andrei Bartic, cluster manager chez Flanders Make. « La localisation de la plate-forme mobile, la planification de parcours et la reconnaissance d'objets. » Les systèmes de localisation, qui peuvent être intégrés à moindre coût et ne nécessitent aucune adaptation à l'infrastructure sont devenus beaucoup plus robustes « mais nous n'en sommes pas encore là », affirme Bartic. « Aucune technologie de vision offre actuellement une solution dans toutes les situations. Il existe cependant diverses options qui peuvent être encore optimisées en termes de précision et de robustesse. »

L'on travaille encore parfois avec des marques et des points de références (tags & anchors), ce qui nuit à la flexibilité mais aussi à la maintenance. Selon lui, les systèmes de localisation à ultra-large bande peuvent déjà offrir une excellente solution provisoire jusqu'à ce que les systèmes basés sur la vision soient suffisamment matures. « Dès lors, l'intégrateur doit encore toujours examiner chaque cas séparément. » Les applications de sécurité doivent être certifiées « ce qui est un processus assez complexe exigeant une redondance du système. » Cela signifie que l'un dans l'autre, même les capteurs bon marché, tels que nous les connaissons déjà dans les smartphones, seront sans aucun doute coûteux au moment où ils seront certifiés. Cela s'applique aussi bien aux plateformes mobiles qu'aux cobots ou robots qui doivent opérer à proximité des opérateurs.

Voor een chemisch bedrijf in België bouwde Mabo een AGV met Universal Robot. (Foto Mabo A&E)

Algorithmes d'entraînement pour la reconnaissance d'objets
La planification et le suivi des trajectoires en temps réel sont également importants pour les deux. Les systèmes de robots mobiles font toujours usage d'algorithmes distincts pour l'AGV et pour le robot. « Il est intéressant de réunir les deux pour que les appareils puissent réagir en douceur aux changements de leur environnement », explique Bartic. De cette manière, une commande centralisée pourrait indiquer non seulement à l'AGV mais aussi au bras du robot un chemin plus efficace pour atteindre l'objet. Dans la reconnaissance des objets et de leur position finalement, l'un des enjeux est l'apprentissage des algorithmes.

« Il faut énormément d'images pour obtenir la précision nécessaire. Nous voulons accélérer ce processus avec la génération de données synthétiques, basées sur des modèles CAO d'objets. » Le moteur de jeu Unity est utilisé ici pour créer des données synthétiques. Dans les environnements industriels, de tels modèles sont souvent déjà disponibles ou faciles à créer. « Avec cette approche, les systèmes sont plus faciles et plus rapides à instruire avec des résultats plus concrets car davantage de situations et de contextes peuvent être testés virtuellement que dans la vie réelle. La gestion des modèles est alors l'une des prochaines étapes », explique Bartic. « Cela peut être géré et automatisé avec des outils et des flux relativement génériques afin de maintenir le seuil d'entrée aussi bas que possible pour les entreprises. »

« Smart Robotic Systems »
Chez Flanders Make, Patricia Leconte se concentre sur les applications concrètes dans le domaine technologique des Smart Robotic Systems. « Nous utilisons des plates-formes mobiles existantes telles que la MiR 200 et la KMR (Kuka) avec un cobot iiwa en sus. Nous la laissons évoluer entre un ensemble de cellules de travail flexibles pour échanger des modules ou des outils. Pour cela, nous avons construit un robot UR et notre propre compresseur sur un MiR 500. » Elle se concentre sur le tending et le kitting en tant qu'applications. Elle s'attend à une introduction rapide d'applications pour le chargement/déchargement des machines et pour le déplacement collaboratif de charges plus lourdes - humains et robots conjointement. Son radar de recherche vise également le déchargement des camions/conteneurs.

Cadre: Attirance des robots

Les entreprises de robotique sont sexy. Surtout si leurs robots ou cobots sont autonomes et/ou mobiles. Ils collectent rapidement l'argent de la croissance. Mais il y a aussi des rachats tous azimuts. Tant par les entreprises de logistique que par les entreprises d'automatisation.

L'été dernier, Alphabet (Google) a lancé une filiale avec Intrinsic. Cette dernière veut tirer le meilleur parti par l'usage intensif de logiciels intelligents et de l'IA sur des robots industriels. Ceci afin qu'ils puissent être programmés plus facilement/plus rapidement et qu'ils puissent ensuite également exécuter d'autres opérations. Google a un faible pour les robots depuis longtemps déjà. En 2013, la société a racheté en quelques mois une demi-douzaine d'entreprises de robotique. E. a. les japonais Shaft, Bot & Dolly et même Boston Dynamics ... Apparemment, Intrinsic consiste à superposer une sorte de système d'exploitation aux langages de programmation spécifiques de divers fabricants de robots.

En novembre, l'intralogisticien Jungheinrich reprenait le bavarois Arculus, une start-up/constructrice d'équipements et de logiciels AMR. Son AMR arculee porte une tonne et son logiciel de gestion (Modular Production System) contrôle non seulement son propre arculee, mais aussi les AMR et les AGV tiers tout assurant la connectivité avec les systèmes ERP et WMS. Plus tôt déjà, en septembre 2020, Jungheinrich acquérait l'allemand Magazino. Ces derniers avaient développé des robots mobiles autonomes de préparation de commandes destinés à être utilisés dans les entrepôts de commerce électronique (TORU) et industriels (SOTO).

Le japonais Omron, qui a repris Adept Technology en 2015 et qui a conclu un partenariat stratégique en 2018 avec le taïwanais Techman Robot Incorporated, intègre ses AGV LD à bras cobot TM et à système de vision embarqué. Il s'agit du concept hybride Mobile Manipulator (MoMA). Entre-temps, Omron s'est investi d'environ 10% dans Techman Robot.

ABB, fort en robots et en cobots, a aussi récemment sauté sur le train des AMR. En juillet, la société rachetait l'espagnol ASTI Mobile Robotics, constructeur d'AGV et d’AMR. À la mi-novembre 2021, ABB Technology Ventures effectuait un investissement de série A de 7,7 millions de dollars dans la société suisse Sevensense. C'est une spin-off de l'ETH Zurich, qui développe une technologie d'intelligence artificielle et de vision 3D pour la manutention et le nettoyage du fret. Au cours des prochains mois, ABB intégrera cette technologie dans ses AMR et les exploitera dans des environnements dynamiques et non structurés.

Robotnik (Valence) vante les Mobile Manipulators. L'entreprise dispose de plateformes AMR sur roues mecanum au bras cobots d'Universal Robot, Kinova Robotics … Robotnik, en collaboration avec Tecnalia, a développé le RB ROBOUT, un manipulateur mobile autonome et collaboratif pour l'industrie. L'appareil a deux bras de cobot Kuka. Début 2021, le constructeur espagnol de machines Desmasa construisait un robot collaboratif mobile avec un cobot CRX de Fanuc. Deux modèles étaient lancés : le MCR et le MCR+ autonome.

Fetch Robotics à San José (É.-U.), qui a été acquise l'été dernier par Zebra Technologies, dispose non seulement d'un large portefeuille d'AMR pour entrepôts et d'applications d'automatisation industrielle, mais également d'un propre bras sur son AMR.

Stäubli dispose depuis début 2018 d'une combinaison AGV-cobot nommée HelMo (HELper for Montage). Pour l'aspect mobilité, la société s'appuie sur l'expertise de la société sœur Stäubli WTF. En Flandre, des négociations sont actuellement en cours avec plusieurs acteurs majeurs de l'industrie pharmaceutique. Pendant ce temps, chez un constructeur automobile allemand, qui souhaitait automatiser l'assemblage des packs de batteries, un système de cobot mobile HelMo MRS90 assujettit les packs de batteries dans les E-cars. Même chose chez un fournisseur allemand de composants à l'industrie aéronautique/spatiale. Stäubli y fournit seize systèmes MRS200 qui intègrent un bras robotique TX200 plus puissant à un système AGV. Il s'agissait ici d'automatiser les changements d'outils dans la cellule de production et l'approvisionnement en pièces. L'AGV porte non seulement le bras du robot, mais également une commode de stockage des préhenseurs et des outils.

Des progrès technologiques sont encore réalisés dans de nombreux domaines ; à la fois en termes de mobilité et de robotique. Par exemple, Toposens et Infineon Technologies AG ont uni leurs forces en novembre pour équiper des systèmes autonomes de systèmes de détection d'obstacles en 3D. Ils font usage de la technologie à ultrasons 3D de Toposens. Ce dernier utilisera un microphone MEMS d'Infineon pour créer des nuages de points 3D en temps réel à l'aide d'écholocation. Arculee fait usage d'un module caméra MIPI de Vision Components pour lire les marques au sol ; une précision de ±5 mm est ainsi atteinte. C'est mieux que la navigation Slam actuelle (Simultaneous localization and mapping). MIPI (Mobile Industry Processor Interface) est une norme qui détermine, entre autres, les spécifications des caméras sur les appareils mobiles tels que les smartphones, les tablettes ... et leurs écrans. Les AMR d'Evocortex se concentrent sur les irrégularités au sol. La caméra située sous le véhicule filme une zone de 10 sur 10 cm. Cette approche, qui offre une précision millimétrique, nécessite un processus d'apprentissage au cours duquel le robot se déplace d'abord dans le local suivant un quadrillage.