Quand la robotique joue a Tetris

2011-04-19 Robotique joue a tetris 1Dans le monde industriel actuel, l’automatisation des tâches permet de gagner un temps précieux dans la fabrication des produits, la gestion des stocks et la préparation des colis. Dans la plupart des cas, les produits sont homogènes et leur « palettisation » est robotisée. Mais il arrive aussi qu’ils soient tous différents : taille, forme et poids. Dans ce cas, c’est un défi de réaliser une pile stable et optimale et l’intervention de l’homme reste souvent nécessaire.

Technic Automation et Acsystème se sont tournés vers l’automatisation de cette tâche avec un système robotisé et un algorithme de calcul intégré. Cette solution permet des gains de productivité et améliore la sécurité au travail en soulageant les opérateurs d’une tâche très physique.

La robotique au service de l’industriel

Pour un industriel du meuble, Technic Automation a réalisé une machine qui permet d’empiler automatiquement des panneaux de bois de dimensions différentes. L’intérêt est de pouvoir soulager les hommes chargés d’empiler ces panneaux pour qu’ils puissent se concentrer sur leur cœur de métier.

Le projet mené à bien est complexe, puisqu’il faut concevoir une machine évoluant dans un espace restreint. Pour s’adapter à la configuration du client, Technic Automation a d’abord modélisé une machine en 3D avant de la fabriquer. À ce stade, les compétences en mécatronique sont primordiales pour optimiser l’espace occupé par la mécanique, l’électronique et l’informatique.

2011-04-19 Robotique joue a tetris 3Figure 1 : Modèle 3D de la machine

La machine, dans sa conception, doit respecter des normes de sécurité strictes en matière de robotique, ainsi que les exigences clients en termes de performances, de vitesse et de stabilité pour l’empilage. Une étude de faisabilité est indispensable pour vérifier que la mécanique peut suivre la cadence indiquée.

Les pièces sont scannées par un lecteur optique afin de déterminer le type de panneau qui arrive. Un logiciel intégré au robot calcule une position finale pour la pièce et le robot réalise la commande. L’une des difficultés est d’obtenir un algorithme de calcul rapide, ne demandant pas de ressources excessives et optimisant l’empilage. Afin de fournir une machine la plus performante possible, Technic Automation s’est allié à un partenaire expert en techniques d’optimisation, la société Acsystème.

L’optimisation grâce à l’informatique scientifique

Il s’agit d’optimiser le placement des planches pour en empiler le plus possible tout en assurant la stabilité de la pile et en respectant une cadence imposée. Un lecteur optique permet de connaître les cinq prochaines pièces à placer. Le robot dispose d’une zone tampon et de cales pour éviter les porte-à-faux. C’est un problème de type « bin packing en ligne » (Problème dont la solution consiste à optimiser le rangement le plus économique possible pour les palettes dans un espace donné) , dont la complexité croît exponentiellement avec le nombre de pièces visibles.

Les techniques de programmation dynamique ont été utilisées afin d’explorer et sélectionner un ensemble de solutions possibles pour le placement des pièces.

L’une des principales difficultés réside dans l’hétérogénéité des tailles et formes des panneaux. En effet cela oblige à respecter un critère de stabilité (poids et centre de gravité) en fonction de l’effort à fournir pour déstabiliser la pile. La modélisation logicielle a permis d’étudier et d’optimiser différentes stratégies de placement pour fournir une solution robuste et performante. Un algorithme optimal, robuste, léger et rapide a finalement été développé et intégré à la machine robotisée.

2011-04-19 Robotique joue a tetris 2
Figure 2 : Représentation des efforts en jeu qui permettent l’équilibre de la pile

L’évolution de la solution vers la 3D

La prochaine étape de développement du système permettra l’empilage automatique de pièces ou de colis hétérogènes en largeur, longueur et aussi hauteur.

Une vidéo de la machine sera bientôt ajoutée.

Technic Automation et Acsystème sont actuellement à la recherche de partenaires souhaitant intégrer la palettisation automatique dans leur chaîne de production.

Pour plus de renseignement, les liens des deux sites respectifs :

ACSystème : http://www.acsysteme.com

Technic Automation : http://www.technic-automation.fr

Article publié en partenariat avec ACSystème

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