Découvrez le fonctionnement d’un robot

Découvrez le fonctionnement d’un robot : ses composants et sa technologie avancée

Les robots sont devenus une réalité incontournable dans notre monde. Leurs capacités à effectuer des tâches complexes et répétitives ont révolutionné de nombreux secteurs d’activité. Dans cet article, nous allons explorer le fonctionnement d’un robot en examinant ses composants clés et la technologie qui le sous-tend.

I. Les composants essentiels d’un robot : Un robot est composé de plusieurs éléments fondamentaux qui lui permettent d’accomplir ses tâches de manière autonome. Voici les composants clés d’un robot :

Le système de contrôle : Le cerveau du robot, appelé également « contrôleur », est responsable de la coordination de toutes les actions. Il traite les informations sensorielles et prend des décisions en fonction des instructions préprogrammées ou de l’apprentissage automatique.
Les capteurs : Les capteurs jouent un rôle crucial dans le fonctionnement d’un robot. Ils collectent des données sur l’environnement et fournissent des informations au système de contrôle. Parmi les capteurs couramment utilisés, on trouve les capteurs de vision, les capteurs de distance, les capteurs de pression, etc.
Les actionneurs : Les actionneurs sont responsables de l’exécution des actions physiques du robot. Ils transforment les signaux du système de contrôle en mouvements mécaniques. Les moteurs électriques, les vérins hydrauliques et les actionneurs pneumatiques sont des exemples courants d’actionneurs utilisés dans les robots.

II. Les technologies avancées des robots : Les robots modernes sont dotés de technologies avancées qui leur confèrent des capacités exceptionnelles. Voici quelques-unes des technologies les plus couramment utilisées dans les robots :

L’intelligence artificielle (IA) : L’IA joue un rôle majeur dans l’évolution des robots. Elle permet aux robots d’apprendre, de s’adapter à de nouvelles situations et d’interagir de manière plus naturelle avec les humains. Les algorithmes d’apprentissage automatique et les réseaux neuronaux profonds sont utilisés pour améliorer les capacités cognitives des robots.
La vision par ordinateur : La vision par ordinateur permet aux robots de comprendre et d’interpréter les informations visuelles de leur environnement. Grâce à des caméras et à des algorithmes sophistiqués, les robots peuvent détecter des objets, suivre des trajets et reconnaître des visages, ce qui leur permet de réaliser des tâches complexes.
La robotique collaborative : Cette technologie permet aux robots de travailler en collaboration avec les humains de manière sûre et efficace. Les capteurs de force et les systèmes de détection d’obstacles garantissent une interaction fluide entre l’homme et la machine, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités dans les domaines de la production industrielle, de la santé et des services.

Mécanismes technologiques

Les mécanismes technologiques jouent un rôle crucial dans le fonctionnement des robots. Ils permettent de convertir les signaux électriques en mouvements mécaniques, offrant ainsi aux robots la capacité de se déplacer, d’interagir avec leur environnement et d’accomplir des tâches spécifiques. Voici quelques-uns des mécanismes technologiques les plus utilisés dans les robots :

Moteurs électriques : Les moteurs électriques sont l’un des mécanismes les plus couramment utilisés dans les robots. Ils transforment l’énergie électrique en mouvement mécanique. Les moteurs à courant continu (DC) et les moteurs pas à pas sont souvent utilisés pour fournir des mouvements précis et contrôlés.
Actionneurs linéaires : Les actionneurs linéaires permettent aux robots d’effectuer des mouvements linéaires. Ils sont souvent utilisés dans les systèmes de bras robotiques ou de déplacement vertical. Les actionneurs linéaires peuvent être électriques, hydrauliques ou pneumatiques, offrant différents niveaux de force et de précision en fonction des besoins.
Actionneurs rotatifs : Les actionneurs rotatifs permettent aux robots d’effectuer des mouvements de rotation. Ils sont utilisés pour donner aux robots la capacité de tourner, de saisir des objets ou de déplacer des parties de leur structure. Les moteurs à courant continu, les moteurs pas à pas et les servomoteurs sont couramment utilisés comme actionneurs rotatifs.
Engrenages et réducteurs : Les engrenages et les réducteurs sont des mécanismes qui transmettent et modifient la vitesse et le couple du mouvement. Ils sont utilisés pour augmenter la force de sortie des moteurs et pour contrôler la précision des mouvements des robots. Les engrenages planétaires, les engrenages à vis sans fin et les réducteurs à courroie sont quelques exemples d’engrenages et de réducteurs utilisés dans les robots.
Systèmes de transmission de puissance : Les robots peuvent nécessiter des systèmes de transmission de puissance pour transférer l’énergie mécanique de manière efficace. Les courroies, les chaînes et les poulies sont souvent utilisées pour transmettre le mouvement d’un point à un autre du robot, permettant ainsi la coordination des différentes parties.
Systèmes de suspension et d’amortissement : Certains robots nécessitent des systèmes de suspension et d’amortissement pour absorber les chocs, les vibrations ou les forces externes. Ces systèmes garantissent la stabilité du robot et protègent ses composants contre les dommages.

Les bras du robot

Les bras du robot et leurs articulations sont des composants essentiels dans de nombreux types de robots, en leur conférant une grande polyvalence et la capacité de manipuler des objets avec précision. Permettez-moi de vous en dire davantage à ce sujet.

Les bras des robots sont généralement composés de plusieurs articulations, qui imitent les mouvements des bras humains. Ces articulations offrent une gamme de mouvements permettant au robot d’atteindre différentes positions et orientations dans l’espace. Les articulations les plus couramment utilisées sont les suivantes :

Articulation de l’épaule : Elle permet au bras du robot de se déplacer dans différentes directions et de se rapprocher ou de s’éloigner du corps du robot.
Articulation du coude : Cette articulation permet au bras de se plier ou de s’étendre, offrant ainsi une flexibilité supplémentaire pour atteindre des positions spécifiques.
Articulations du poignet : Il existe différentes articulations du poignet, telles que l’articulation du poignet en rotation (roll), l’articulation du poignet en inclinaison (pitch) et l’articulation du poignet en rotation latérale (yaw). Ces articulations permettent au robot de faire pivoter, d’incliner ou de tourner son poignet pour ajuster la position et l’orientation de l’outil ou de l’effecteur final.
Articulations des doigts : Dans les robots dotés de mains ou de pinces, les articulations des doigts permettent des mouvements d’ouverture et de fermeture, ainsi que des mouvements de flexion pour saisir et manipuler des objets de différentes tailles et formes.

Les articulations des bras du robot sont généralement commandées par des moteurs électriques ou des actionneurs spécialisés, qui fournissent la puissance nécessaire pour les mouvements. Ces moteurs sont contrôlés par le système de contrôle du robot, qui reçoit des instructions spécifiques pour déplacer les articulations selon les besoins.

En utilisant les bras et les articulations, les robots peuvent effectuer une variété de tâches, allant de simples mouvements de manipulation à des opérations plus complexes et précises. Que ce soit dans l’industrie manufacturière, la chirurgie assistée par robot, l’exploration sous-marine ou d’autres domaines, les bras et les articulations des robots jouent un rôle essentiel dans leur fonctionnement global.

L’électronique d’un robot

L’électronique d’un robot joue un rôle essentiel dans son fonctionnement en permettant la gestion des différentes composantes électroniques et le contrôle des actions du robot. Voici quelques éléments clés de l’électronique d’un robot :

Carte de contrôle : La carte de contrôle, également appelée carte mère ou carte de circuit imprimé (PCB), est le cœur de l’électronique du robot. Elle abrite le microcontrôleur ou le processeur qui contrôle les différentes fonctionnalités du robot. La carte de contrôle est responsable de la coordination des mouvements, de la gestion des capteurs et des actionneurs, et de la communication avec d’autres systèmes ou périphériques.
Microcontrôleur : Le microcontrôleur est un composant électronique programmable qui exécute les instructions et les algorithmes nécessaires pour le fonctionnement du robot. Il gère les entrées et sorties du robot, communique avec les capteurs et actionneurs, et assure le contrôle global du système robotique. Les microcontrôleurs peuvent être spécialisés pour des applications spécifiques ou plus généraux, en fonction des besoins du robot.
Capteurs : Les capteurs sont des dispositifs électroniques qui permettent au robot de percevoir et d’interagir avec son environnement. Il existe une grande variété de capteurs utilisés dans les robots, tels que les capteurs de proximité, les capteurs de pression, les capteurs de force, les capteurs de température, les capteurs de vision, les capteurs d’inertie (accéléromètres, gyroscopes), les capteurs de distance (ultrasons, lidar), et bien d’autres encore. Les capteurs fournissent des informations au microcontrôleur, permettant au robot de prendre des décisions en fonction des conditions environnementales.
Actionneurs : Les actionneurs sont les composants qui permettent au robot d’effectuer des actions physiques. Ils convertissent les signaux électriques en mouvements mécaniques. Les moteurs électriques sont les actionneurs les plus couramment utilisés dans les robots, permettant de générer des mouvements rotatifs ou linéaires. Les servomoteurs sont également largement utilisés pour contrôler précisément les mouvements des articulations dans les robots. Les actionneurs pneumatiques ou hydrauliques peuvent également être utilisés pour des applications spécifiques.
Interfaces de communication : Les robots peuvent nécessiter des interfaces de communication pour échanger des données avec d’autres systèmes ou pour être contrôlés à distance. Cela peut inclure des interfaces filaires (comme l’USB ou l’Ethernet) ou sans fil (comme le Bluetooth, le Wi-Fi ou d’autres protocoles de communication).
Alimentation électrique : L’électronique du robot nécessite une source d’alimentation électrique pour fonctionner. Cela peut être une batterie rechargeable intégrée au robot, une alimentation externe ou une combinaison des deux. L’alimentation électrique doit être dimensionnée pour répondre aux besoins en puissance de tous les composants électroniques du robot.

Programmation de tâches d’un robot

Les procédures de programmation de tâches d’un robot sont essentielles pour définir les actions spécifiques que le robot doit effectuer afin d’accomplir une tâche donnée. Ces procédures décrivent les étapes séquentielles ou les actions simultanées que le robot doit exécuter pour atteindre l’objectif souhaité. Permettez-nous de vous donner un aperçu des différentes approches de programmation de tâches utilisées pour les robots.

Programmation séquentielle : La programmation séquentielle est l’approche la plus simple et la plus courante pour programmer des tâches robotiques. Elle consiste à décomposer la tâche globale en sous-tâches ou en étapes individuelles, puis à spécifier l’ordre séquentiel dans lequel ces étapes doivent être exécutées. Les instructions sont généralement écrites dans un langage de programmation spécifique au robot ou dans un langage de script qui peut être interprété par le système de contrôle du robot.
Programmation basée sur le comportement : Dans cette approche, les tâches sont définies en termes de comportements spécifiques que le robot doit adopter dans différentes situations. Les comportements sont généralement prédéfinis et le système de contrôle du robot sélectionne et active les comportements appropriés en fonction de l’environnement et des conditions actuelles. Cela permet au robot de s’adapter de manière autonome aux changements de situation et d’accomplir diverses tâches en utilisant des comportements préalablement programmés.
Programmation par démonstration : Cette approche implique d’enregistrer et de reproduire les mouvements du robot en utilisant des techniques de capture de mouvement. Un opérateur humain guide physiquement le robot à travers la tâche souhaitée, et les données de mouvement sont enregistrées. Le robot peut ensuite reproduire ces mouvements en les adaptant à des situations similaires. Cela permet une programmation rapide et intuitive des tâches, en évitant la nécessité de programmer manuellement chaque étape.
Programmation par apprentissage automatique : L’apprentissage automatique est de plus en plus utilisé pour la programmation de tâches de robot. Les algorithmes d’apprentissage automatique permettent au robot d’acquérir des connaissances et des compétences en observant des démonstrations, en analysant des données sensorielles ou en interagissant avec son environnement. Cela permet au robot d’apprendre à accomplir des tâches de manière autonome, en adaptant ses actions en fonction des expériences passées.

Il convient de noter que différentes approches de programmation de tâches peuvent être combinées en fonction des besoins spécifiques du robot et de la tâche à accomplir. De plus, les avancées récentes en matière d’intelligence artificielle et de robotique collaborative permettent aux robots d’apprendre et d’interagir de manière plus naturelle avec leur environnement, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités en termes de programmation de tâches.

Voici un aperçu des différents types de robots et de leurs domaines d’activité, en commençant par les robots les plus lourds et en allant vers les plus fins :

Robots industriels : Les robots industriels sont souvent de grande taille et sont utilisés dans l’industrie manufacturière. Leur structure est robuste et ils sont capables de manipuler des charges lourdes. Leur principale activité est l’assemblage, le soudage, la manutention de matériaux, le levage de charges lourdes, la peinture industrielle, etc.

Robots de construction : Ces robots sont utilisés dans le secteur de la construction pour des tâches telles que la démolition, l’excavation, le transport de matériaux lourds, le levage de structures, etc.

Robots agricoles : Les robots agricoles sont utilisés dans l’agriculture pour des tâches telles que la plantation, l’irrigation, la récolte, la pulvérisation de pesticides, l’élagage des plantes, etc. Ils peuvent être de différentes tailles, allant des grands robots de récolte aux robots plus petits pour des tâches spécifiques.

Robots logistiques : Ces robots sont utilisés dans les entrepôts et les centres de distribution pour la gestion des stocks, le tri des colis, le transport de marchandises, etc. Ils peuvent être sous forme de robots mobiles autonomes ou de bras robotisés installés sur des plates-formes mobiles.

Robots médicaux : Les robots médicaux sont utilisés dans les hôpitaux et les cliniques pour des interventions chirurgicales assistées par robot, la radiologie, la rééducation, la livraison de médicaments, etc. Ils peuvent être des robots chirurgicaux, des exosquelettes de rééducation ou des dispositifs d’imagerie médicale assistés par robot.

Robots de laboratoire : Ces robots sont utilisés dans les laboratoires de recherche et développement pour automatiser des tâches telles que la manipulation d’échantillons, l’analyse chimique, le dosage, la culture cellulaire, etc.

Robots de service : Les robots de service sont conçus pour interagir avec les humains et effectuer des tâches variées dans des environnements domestiques, commerciaux ou publics. Ils peuvent être utilisés pour la livraison de colis, la sécurité, l’assistance aux personnes âgées ou handicapées, le nettoyage, etc.

Robots collaboratifs : Les robots collaboratifs, également appelés cobots, sont conçus pour travailler aux côtés des humains, en partageant l’espace de travail et en collaborant à des tâches communes. Ils sont utilisés dans des industries telles que l’assemblage, l’inspection, la logistique et l’emballage.

Robots de précision : Ces robots sont utilisés dans des domaines tels que l’électronique, l’horlogerie, la microchirurgie, la microfabrication, où une précision extrême est requise. Ils sont capables de manipuler des composants de petite taille avec une grande précision et sont équipés de capteurs.

Robots d’exploration et de surveillance : Ces robots sont utilisés dans des environnements difficiles d’accès ou dangereux pour les humains. Ils sont utilisés pour l’exploration de l’espace, la recherche sous-marine, la surveillance des installations industrielles, la cartographie de zones inaccessibles, etc.

Robots domestiques : Les robots domestiques sont conçus pour aider dans les tâches ménagères telles que le nettoyage, le jardinage, la préparation des repas, la surveillance domestique, etc.

Robots éducatifs : Les robots éducatifs sont utilisés dans les écoles et les centres de formation pour enseigner les principes de base de la robotique et du codage. Ils sont souvent équipés de capteurs et d’actionneurs simples et sont programmables par des étudiants.

Robots artistiques : Les robots artistiques sont utilisés pour créer des œuvres d’art interactives et innovantes. Ils peuvent être utilisés dans des performances artistiques, des expositions, des installations interactives, etc.

Il est important de noter que de nombreux robots peuvent être polyvalents et adaptés à différents domaines d’activité. Par exemple, certains robots industriels peuvent également être utilisés dans des applications logistiques ou de construction. De plus, avec les avancées technologiques, de nouveaux types de robots émergent régulièrement pour répondre à des besoins spécifiques ou pour explorer de nouveaux domaines d’application.

En résumé, les robots peuvent être utilisés dans une multitude de domaines, allant des tâches lourdes et industrielles aux tâches plus fines et spécialisées. Chaque type de robot a ses propres capacités, fonctionnalités et applications spécifiques, contribuant ainsi à améliorer l’efficacité, la précision et la sécurité dans différents secteurs d’activité.

Dans le futur, il est prévu que le nombre de robots dans le monde continuera d’augmenter de manière significative

Selon le rapport « World Robotics 2020 » publié par la Fédération internationale de robotique (FIR), le nombre total de robots industriels en opération dans le monde était estimé à environ 2,7 millions en 2019. Ce chiffre comprend les robots industriels utilisés dans différents secteurs tels que l’automobile, l’électronique, l’industrie manufacturière, l’industrie alimentaire, etc.

En fait, en dehors des robots industriels, il existe également d’autres types de robots tels que les robots de service, les robots médicaux, les robots agricoles, les robots domestiques, etc., qui contribuent également au nombre total de robots dans le monde. Cependant, il est plus difficile d’estimer précisément leur nombre total.

Par exemple, une étude de McKinsey Global Institute estime que la robotique et l’automatisation pourraient représenter jusqu’à 20% des heures de travail mondiales d’ici 2030.

Dans un rapport publié en 2019 par Oxford Economics, il est indiqué que d’ici 2030, environ 20 millions de robots pourraient être déployés dans le monde.