Cadre pour l'adaptation des préhenseurs passifs dans la chaîne de montage

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#Robotique et automatisation

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Afin de rendre les chaînes de montage plus flexibles, tout en utilisant des pinces relativement simples et facilement interchangeables, l'équipe de recherche a d'abord dû rechercher et écrire un algorithme permettant aux robots à pinces de s'adapter intelligemment à différents objets et trajectoires. Plutôt que de leur donner des pinces articulées, les scientifiques ont échangé les pinces utilisées, en formant les nouvelles pinces par des procédés d'impression 3D, puis en réapprenant aux bras à utiliser une autre technique.

Le cadre mis au point permet non seulement d'indiquer au bras robotique comment saisir un objet, mais aussi de concevoir la pince la plus efficace pour le déplacer. l'impression 3D a été utilisée pour fabriquer les pinces relativement légères utilisées dans le projet de recherche, mais d'autres techniques de moulage pourraient être employées, à partir des mêmes modèles. Cela permettrait d'adapter facilement les robots de la chaîne de montage à différents mouvements.

Jeffrey Lipton, directeur du centre de fabrication numérique de l'université de Washington, a déclaré à Automotive Manufacturing Solutions : "Cela a vraiment commencé avec notre travail pendant la pandémie de COVID-19. Aux États-Unis, nous avons rapidement réalisé que nous ne disposions pas des chaînes d'approvisionnement traditionnelles pour produire des EPI. À l'université de Washington, nous avons donc établi un partenariat et travaillé avec la FDA et d'autres organismes pour aider à faire approuver le premier écran facial, qui a été imprimé en 3D.

"Nous avons travaillé sur les masques faciaux imprimés en 3D avec Ford, qui à l'époque avait également commencé à fabriquer des écrans faciaux jetables. Et j'ai regardé ce qu'ils faisaient et j'ai dit, 'c'est fou' Nous disposons de toute cette infrastructure hautement programmable et Ford possède cette énorme technologie de chaîne de montage, ce sont des leaders dans ce domaine. Pourtant, lorsqu'une pandémie survient et que vous devez changer ce que vous produisez, la solution consiste à jeter des corps sur le problème. Il n'y a toujours rien de plus flexible qu'un humain. Et le fait que nous ne puissions pas, en cas de crise, démarrer rapidement des chaînes de montage, nous l'avons vu comme un problème gigantesque."

Les chaînes de montage automobiles sont très bonnes pour faire ce qu'elles sont censées faire. Mais aussi, très rigides dans ce qu'elles en font, ce qui, à l'ère de la rupture de la chaîne d'approvisionnement, signifie que vous pouvez vous retrouver avec les bonnes pièces pour faire une chose et la chaîne de montage pour en faire une autre.

"Si vous avez des perturbations dans la chaîne d'approvisionnement, vous allez avoir ce besoin de variabilité dans la demande", a déclaré Lipton. "Et donc, comment pouvons-nous, en utilisant l'impression 3D, gérer facilement une grande variabilité de la production ? Même si vous avez des composants imprimés en 3D, ils ne sont toujours pas un produit à moins que vous ne puissiez imprimer l'ensemble en une seule fois et que vous deviez les assembler.

"Nous avons réalisé que la haute variabilité et l'assemblage automatique étaient une lacune critique dans notre base de fabrication, pour faire de la haute variabilité en termes de production." Les deux raisons pour lesquelles les fabricants auraient besoin de ce type d'adaptabilité, a réalisé l'équipe, sont la variabilité de la chaîne d'approvisionnement, puis, comme effet d'entraînement à la variabilité de la chaîne d'approvisionnement, les différentes demandes de production.

M. Lipton et sa collègue Adriana Schultz ont constaté que les pinces constituaient un obstacle majeur au réoutillage des chaînes de montage. "Il y a beaucoup d'entreprises qui essaient actuellement de générer des outils intelligents pour permettre à un travailleur de reprogrammer une chaîne de montage. Et elles ont toutes échoué.

ils ne fonctionnent pas parce que le problème, lorsque vous reprogrammez une chaîne de montage, c'est qu'elle a toujours les mêmes "mains" ; cette pince peut être bonne pour saisir un article, mais pas pour en saisir un autre", poursuit M. Lipton. "Donc, si vous avez différents articles qui ont des besoins de préhension très différents, chaque fois que vous changez de système, vous devez démonter un dispositif complexe, l'assembler, le calibrer et le réinstaller. Il y a toutes ces étapes que vous devez franchir pour reprogrammer une cellule de travail, ce qui n'est pas vraiment faisable."

Alors pourquoi cela n'avait-il pas été fait avant ? "L'industrie automobile adopte la technologie additive de manière très forte. Notre laboratoire a donc travaillé avec GM et Ford sur certains projets additifs. Ils utilisent beaucoup de gabarits imprimés en 3D pour maintenir les pièces des processus d'assemblage qu'ils ne font que concevoir manuellement."

L'autre grande différence, à ce stade, est que la puissance de calcul et l'impression 3D ont suffisamment progressé pour que l'idée de générer de nouvelles pinces soit plus triviale que celle d'élaborer une nouvelle ligne d'assemblage sur la base des équipements disponibles. Ce qui n'était pas le cas jusqu'à récemment. M. Lipton a déclaré que les pinces utilisées lors de leurs essais ont coûté environ 20 dollars à fabriquer et qu'elles manipulaient des objets relativement légers.

Ian Goode, qui a également travaillé sur le projet, a ajouté que "le coût de l'informatique a également énormément baissé et c'est un élément important qui explique pourquoi cela fonctionne. Il est difficile d'avoir ces processus automatisés si vous devez dépenser 100 000 dollars pour un superordinateur massif, alors qu'aujourd'hui le coût du calcul est devenu tellement moins cher avec des centres de données vraiment efficaces que nous sommes capables d'effectuer ce genre de tâches."

Cette puissance de calcul est cruciale pour pouvoir tirer parti de la variation des pinces et de la reprogrammation des robots pour qu'ils puissent les utiliser. "Le véritable défi a été de créer l'infrastructure algorithmique. Il s'agissait d'une tâche mathématique non triviale que l'étudiant Milin [Kodnongbua] devait vraiment accomplir pour rendre cette recherche réalisable", a déclaré M. Lipton. "En effet, même dans l'espace réduit que nous avons développé, avec une puissance de calcul bon marché, il faut trouver un moyen ingénieux de calculer de nombreuses valeurs mathématiques pour ces champs de distance, de les intégrer et de faire le balayage. Et sans cet ascenseur intellectuel, l'informatique et l'impression 3D seules ne peuvent pas résoudre le problème."

La partie mathématique la plus difficile du travail a été de créer un niveau d'intelligence pour les bras. "Comment pourrais-je saisir cet objet ? C'est la première question, et la deuxième est de savoir comment l'approcher sans croiser l'objet Et ces deux questions nécessitaient des fondements mathématiques intelligents pour les rendre traitables. Même avec nos ressources informatiques stupidement élevées des temps modernes."