02.10.2019

La robotique offre des possibilités nouvelles pour la construction bois

Aujourd'hui, la robotique est largement utilisée dans de nombreux secteurs. Dans le secteur de la construction de maisons, la robotique ouvre également des possibilités nouvelles. Quels sont donc les domaines d'application industriels, les avantages et les limites de la robotique, et quelles questions doit-on se poser pour choisir le bon robot ?

Un article de la revue spécialisée HOLZBAUER spezial, 01/2019, www.wirholzbauer.ch.

Le terme « robot » nous vient des langues slaves et est dérivé du mot « robota », qui signifie « corvée » ou « travail forcé ». Ce sens est très proche de celui du robot industriel actuel. En effet, dans le sens le plus strict du terme, un robot effectue lui-aussi un travail forcé prescrit. Notre compréhension actuelle des robots en tant qu'appareils dociles au service de l'homme et chargés de toutes les tâches difficiles est influencée par les récits de science-fiction.

Les robots dans la construction bois

Les robots sont implantés depuis longtemps dans l'industrie du meuble. Dans le secteur de la construction bois, certaines applications de la robotique sont également utilisées avec succès. La réalisation d'ossatures s'est imposée comme une application standard aux constructeurs de maisons bois. Pour cette application, le robot est intégré à une station d'assemblage pour ossatures bois et insère différents montants dans l'ossature. Pendant le processus d'insertion, le robot différencie les montants spéciaux et standard. En plus des différents postes d'enlèvement, plusieurs procédés d'insertion sont également utilisés. Ainsi, les montants sont insérés en transversal, longitudinal ou diagonal selon qu'il s'agit de lisses, de montants ou de bois de balustrade, par exemple. Au cours de cette opération, le robot à six axes travaille dans un rayon de 3 500 millimètres. Le robot saisit les montants standard et spéciaux d'une longueur comprise entre 780 et 3 500 millimètres. Il est possible de réaliser des coupes transversales d'une taille de 40 sur 100 millimètres à 160 sur 250 millimètres. Les lisses supérieures et inférieures plus longues sont directement introduites depuis les centres de taille correspondants.

Montants pesant jusqu'à 75 kg

Le travail est paramétré, ce qui offre beaucoup plus de flexibilité par rapport à l'apprentissage. Seules les dimensions minimale et maximale doivent être connues. Tout ce qui se trouve entre ces deux extrêmes peut être calculé par le robot lui-même. Les paramètres pertinents sont la section transversale et la longueur du bois. Pour cette application standard, un robot à six axes classique est utilisé, lequel effectue jusqu'à six cycles par minute (pour d'autres applications, il peut monter jusqu'à 15 cycles par minute). Pour ces activités physiquement exigeantes, l'ergonomie représente un facteur important pour l'utilisation d'un robot. Le robot peut manipuler des montants pesant jusqu'à 75 kilogrammes.

Pour cette application, on utilise un préhenseur de serrage qui permet de fixer les montants par le haut. Le préhenseur est équipé d'un moteur pneumatique comprenant un système de mesure de distance pour une fixation plus rapide. De plus, le préhenseur possèdes des broches autobloquantes qui ne lâchent pas le bois, même en cas de panne de pression. Des capteurs de pression sont intégrés à l'intérieur du préhenseur pour l'échange de signaux en position serrée. Ces capteurs permettent de détecter si le préhenseur est en mesure ou non de transporter une poutre et réagit en conséquence.

Utilisation flexible

Les robots sont la solution idéale pour les opérations en série, car leur travail rapide et précis permet de soulager les opérateurs. Une fois l'étape d'apprentissage effectué, un robot peut être utilisé, par exemple, dans le transport de matériaux et la logistique des stocks, pour trier et stocker les matériaux de revêtement. Sur la ligne de production, c'est encore une fois un robot qui peut se charger de prélever les panneaux du stock ou du système de transport et de les placer sur les éléments. De telles idées existent déjà dans la construction de bâtiments préfabriqués et de premiers pas en ce sens ont déjà été faits.

La grande polyvalence des robots industriels leur permet en outre d'être utilisés à d'autres postes dans la production, par exemple pour appliquer de la colle ou du crépi, pour brancher des prises électriques ou pour installer des systèmes électriques ou de chauffage. La technologie robotisée offre une multitude de possibilités et aura certainement une influence significative sur la construction bois à l'avenir.

Le robot idéal

Pour concevoir une application robotique, que ce soit dans l'industrie du bois ou une autre, il est avant tout important de bien connaître le domaine d'application. Cela implique de se poser les questions suivantes :

• Le robot fait-il partie d'une application d'usinage ?
• Quelles tâches (manutention, usinage, tri) le robot doit-il accomplir ?
• Quel est l'environnement du robot (postes de position d'attente, conditions d'espace) ?
• Pour les tâches de tri, la formation des piles ainsi que le chant zéro de la pile doivent être précisés.
• Comment les différentes pièces doivent-elles être déplacées ou manipulées (préhenseur, ventouse, traverses) ?
• Quel type de matériau est utilisé ? Le matériau est-il absorbant, fortement adhésif ou présente-t-il des surfaces fragiles ?
• Quelles sont les performances à atteindre à l'aide du robot ?
• Combien de cycles doivent être effectués ?
• Quelle interface est utilisée pour l'identification des pièces (RFID, code QR ou liste de piles jusqu'à la saisie manuelle) ?

Application industrielle

Un robot qui aujourd'hui, par exemple, peint des portes dans l'industrie automobile, ne sera pas en mesure de manipuler des panneaux de bois ou des montants (poutres) dès demain. Les caractéristiques spécifiques sont aujourd'hui très nombreuses et, grâce à leurs développements, les fabricants de robots se sont fortement adaptés aux différentes applications des utilisateurs. Il existe, d'une part, la cinématique parallèle (dans les robots portiques) et, d'autre part, la cinématique parallèle (dans les robots à six axes ou les robots palettiseurs). C'est la cinématique sérielle qui est la plus fréquemment utilisée dans l'industrie de transformation du bois.

Le robot industriel est souvent en concurrence avec un portique. Alors que les portiques marquent des points grâce à leur encombrement réduit et leurs performances de cycles plus élevées, les robots offrent souvent des avantages certains en termes d'accessibilité, de hauteur de plafond, de réutilisation et de surface de travail. Ces dernières années, l'utilisation des robots dans l'industrie a augmenté de manière constante. Il y a plusieurs raisons à cela. En plus de leurs avantages financiers, les robots offrent un éventail d'avantages techniques.

Trois aspects se démarquent ici :

• Aujourd'hui, les robots offrent une accessibilité très élevée. Avec 99,9 %, les robots battent les portiques conventionnels à plates coutures.
• Leur longue durée de vie est un aspect important qui explique pourquoi les robots industriels trouvent tant d'applications. Il est facilement possible d'utiliser des robots 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et 365 jours par an.
• Leurs faibles coûts d'exploitation en sont une des principales raisons. Ceux-ci s'expliquent par le faible besoin d'entretien d'un robot. C'est précisément cet argument qui plaide en faveur de l'utilisation des robots dans l'industrie de transformation du bois. L'encrassement de points inaccessibles est rendu quasiment impossible par la cinématique fermée. Ici aussi, c'est l'utilisation de composants de haute qualité qui permet un fonctionnement sans entretien. Grâce à ses moteurs électriques économes et de faibles valeurs de connexion au réseau, le robot utilisé consomme peu d'énergie.

D'autres arguments, comme le manque de main d'œuvre qualifiée, les normes de qualité élevées et aussi constantes que possible, ainsi que la flexibilité de l'investissement pour les utilisations ultérieures, plaident également en faveur de l'utilisation des robots. Les avantages des robots ainsi que les coûts d'acquisition relativement faibles conduisent à un retour sur investissement (RSI) rapide.

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