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08
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Le secteur international de la robotique connaît une croissance rapide. Les robots humanoïdes sont produits en masse à partir de 2026, ce qui entraîne un développement explosif dans presque tous les secteurs de composants. On estime qu'il y aura 300 millions de robots humanoïdes dans le monde d'ici 2050 ; cela signifie qu'il y aura également des milliards de pièces sur mesure qui devront être usinées, livrées et assemblées.
Si vous travaillez au développement d'un robot humanoïde pour des applications de service, d'un robot industriel pour l'automatisation d'usine ou de pièces robotiques médicales sur mesure pour le support chirurgical, la qualité des composants que vous utilisez déterminera : la qualité des mouvements du robot, son efficacité énergétique, sa durée de vie et sa sécurité.
Ce guide est destiné aux ingénieurs, aux concepteurs de produits et aux acheteurs qui ont besoin de pièces robotiques sur mesure aux performances constantes. Il comprend des informations sur les principaux défis d'usinage lors de l'usinage de composants robotiques, comment utiliser des approches multi-axes pratiques pour créer des structures complexes, des idées sur la façon de construire des articulations durables, et ce que vous devez rechercher chez les fournisseurs de pièces robotiques sur mesure.
L'usinage de composants pour robots humanoïdes présente plusieurs défis uniques qui vont bien au-delà du travail CNC standard.
Défi 1 - Complexité interne due aux composants robotiques multi-axes :
La majorité des éléments mécaniques produits, tels que les corps d'actionneurs et les boîtiers d'articulations robotiques sur mesure, nécessitent fréquemment, entre autres, plusieurs attributs de produit différents (surfaces de forme libre, cavités profondes, etc.), mais l'usinage traditionnel à trois axes ne peut pas produire tous ces attributs en un seul montage, ce qui nécessite plusieurs repositionnements et l'apparition ultérieure d'erreurs cumulées dues aux tolérances et à l'augmentation de la main-d'œuvre.
Défi 2 - Tolérances micrométriques des composants robotiques générateurs de mouvement :
Il existe de nombreuses articulations dans chaque robot humanoïde et même les plus petites divergences dans la précision de chaque composant entraîneront un retard, des à-coups et un blocage dans la chaîne cinématique du robot ; par conséquent, tous les composants générateurs de mouvement auront des tolérances extrêmement précises, nécessitant généralement ±0,005 mm - ±0,01 mm ; et si l'objectif du robot est de réduire la friction afin d'augmenter la longévité des deux composants, la rugosité de surface maximale autorisée pour tout composant entrant en contact avec un autre composant sera Ra≤0,4 μm.
Défi 3 - Équilibre entre poids, résistance et usinabilité :
L'ajout d'un gramme au poids consomme plus d'énergie et réduit l'autonomie de la batterie ; cependant, les matériaux légers sont généralement plus difficiles à fabriquer ; ainsi, l'ingénierie des pièces robotiques sur mesure a utilisé de nombreux matériaux ; par exemple :
Aluminium (6061/7075-T6) : Les matériaux en aluminium offrent un excellent rapport résistance/poids avec une bonne usinabilité ; cependant, lorsqu'ils sont coupés avec des stratégies de coupe de plus en plus agressives, ils se déforment.
Titane (Ti6Al4V/Grade 5) : Le titane est un matériau d'une résistance et d'une biocompatibilité exceptionnelles, mais en raison de sa faible conductivité thermique, le titane produira une usure rapide des outils utilisés pour l'usiner, et s'écrouira lors de l'usinage.
Acier inoxydable (304/316/17-4 PH) : L'acier inoxydable est très résistant à l'usure et aux chocs ; cependant, c'est un matériau relativement lourd et très difficile à usiner avec des tolérances très serrées.
Plastiques techniques (PEEK, Delrin, Ultem) : Les plastiques techniques sont légers et possèdent des propriétés isolantes ; cependant, ils ne doivent pas générer de chaleur excessive lors de l'usinage, car ils peuvent fondre et créer des bavures.
Défi 4 - Les composants à paroi mince sont sensibles aux vibrations et/ou à la déflexion structurelle :
Pour réduire le poids total, de nombreux composants structurels des robots utilisent une configuration à paroi mince ; par conséquent, les composants structurels des robots vibreront et/ou se déformeront lors de l'usinage, nécessitant ainsi l'utilisation de stratégies de travail et de stratégies de trajectoire d'outil appropriées.
Falcon CNC Swiss combine une technologie avancée, une discipline d'ingénierie et une expérience pratique pour trouver des solutions à vos défis :
Nous utilisons l'usinage CNC 5 axes pour atteindre des caractéristiques complexes en un seul montage, ce qui réduit les erreurs potentielles causées par la nécessité de repositionner les pièces et améliore la qualité de la production.
Nos tours CNC de type suisse utilisent des liquides de refroidissement spécialisés pour usiner avec précision des composants de petit diamètre en titane et en acier inoxydable avec des tolérances micrométriques.
Le sondage en cours de processus suivi d'une inspection CMM des dimensions critiques (au milieu de la série) offre la possibilité d'effectuer des ajustements de décalage sur les composants avant qu'ils ne sortent des spécifications.
Nos stratégies de bridage pour l'usinage de composants à paroi mince minimisent les vibrations et aident à prévenir la distorsion de ces composants pendant leur usinage.
Nous sommes en mesure de fournir des prototypes ou une production en grand volume de bras robotiques sur mesure ou de pièces robotiques uniques pour votre nouvelle plateforme humanoïde grâce à notre approche axée sur l'ingénierie, contribuant ainsi à garantir une qualité constante tout au long de la production de pièces robotiques sur mesure. Découvrez les capacités d'usinage CNC de précision de Falcon pour la fabrication de robots sur mesure.
De nombreuses pièces robotiques sur mesure les plus exigeantes - des doigts de préhenseur robotique sur mesure aux éléments structurels de châssis robotique sur mesure - ne peuvent pas être usinées efficacement sur des équipements 3 axes.
L'usinage CNC 5 axes permet à l'outil de coupe d'approcher la pièce sous plusieurs angles en un seul montage. Cela offre plusieurs avantages critiques pour les pièces robotiques industrielles sur mesure :
| Avantage | Comment cela aide les composants robotiques |
| Production en un seul montage | Élimine l'accumulation de tolérances due aux multiples serrages ; essentiel pour les alésages coaxiaux et les cercles de boulons |
| Accès aux contre-dépouilles et cavités profondes | Permet des boîtiers d'articulations robotiques complexes avec des caractéristiques internes |
| Meilleurs états de surface | Le contact continu de l'outil réduit les marques de festonnage sur les surfaces de forme libre |
| Complexité réduite du bridage | Moins de brides sur mesure signifie un montage plus rapide et un coût réduit |
| Capacité RTCP | Maintient la précision de l'orientation de l'outil quelle que soit la rotation de la machine |
Stratégie 1 : Définir un système de références intégré avant toute activité de coupe
De nombreux aspects d'une pièce, tels que les cercles de boulons, les surfaces de montage et les alésages de roulements, doivent référencer une « référence » (origine) commune, quelle que soit la façon dont la pièce a été positionnée (retournée ou pivotée). Avant de lancer toute activité de coupe, créez un système de références qui sera utilisé de manière cohérente dans tous les processus d'usinage.
Stratégie 2 : Concevoir votre trajectoire d'outil de manière symétrique pour les parois minces
Lors de l'usinage de composants de châssis robotiques légers et sur mesure, l'utilisation de trajectoires d'outil conçues symétriquement fournira une répartition égale de la force de coupe et réduira les risques de déformation. Par exemple, approchez les parois minces des deux côtés plutôt que de couper entièrement un côté en premier, ce qui minimisera les risques de distorsion de la pièce.
Stratégie 3 : Utiliser un liquide de refroidissement à haute pression lors de l'usinage de matériaux difficiles
Lors de l'usinage du titane ou de l'acier inoxydable pour des pièces robotiques médicales sur mesure ou des bras robotiques sur mesure à haute capacité de charge, l'utilisation d'outillage à liquide de refroidissement à haute pression est obligatoire. L'outillage à liquide de refroidissement à haute pression 1) élimine les copeaux de la zone de coupe ; 2) réduit l'accumulation de chaleur ; et 3) empêche l'écrouissage en surface du matériau.
Stratégie 4 : Vérifier les dimensions avant de desserrer le bridage
Un processus fiable consiste en un usinage 5 axes avec 1 montage par pièce et une vérification avant de retirer la pièce de la machine. La détection précoce des problèmes dimensionnels permet d'éviter la production de pièces mises au rebut.
Choisir le bon matériau pour vos pièces robotiques sur mesure est tout aussi important que de choisir la bonne stratégie d'usinage. Voici un tableau de référence rapide :
| Type de composant | Matériau recommandé | Pourquoi |
| Bras robotiques sur mesure et châssis structurels | Aluminium 7075-T6 | Excellent rapport résistance/poids ; résistant à la corrosion |
| Articulations à forte charge et composants de hanche | Titane Grade 5 (Ti-6Al-4V) | Résistance exceptionnelle avec biocompatibilité |
| Surfaces d'usure et boîtiers d'actionneurs | Acier inoxydable 17-4 PH | Traitable thermiquement ; excellente résistance à l'usure |
| Entretoises isolantes et composants de remplissage légers | PEEK ou Delrin | Faible poids ; isolation électrique ; résistance chimique |
| Mâchoires de préhenseur robotique sur mesure | Aluminium avec anodisation dure | Actionnement léger ; surface de préhension durable |
Les articulations des robots subissent les contraintes les plus importantes. Chaque articulation de la hanche d'un robot humanoïde subit un couple important lors de la station debout et de la marche. L'articulation de la cheville subit également des impacts répétés et doit fournir un contrôle angulaire précis. De plus, de l'articulation de
