Qu'est-ce que la robotique industrielle ?

La robotique industrielle est une branche de la robotique axée sur la conception, la construction et le déploiement de machines automatisées (robots) pour effectuer des tâches dans des environnements industriels et de fabrication.

Les robots industriels sont conçus et programmés pour gérer un ensemble de tâches spécifiques, répétitives et dangereuses de manière fiable et efficace. Aujourd'hui déployés dans de nombreux secteurs différents, ils sont utilisés aux côtés de travailleurs humains pour optimiser les opérations logistiques, améliorer les processus de contrôle qualité et accélérer les processus de production. 

De nombreux secteurs utilisent aujourd'hui les robots industriels, de l'utilisation intensive dans l'industrie automobile aux applications de soins de santé avancées, et bien d'autres encore.

Fabrication automobile

Les robots industriels sont largement utilisés dans les lignes de production automobile pour effectuer des tâches de soudage de précision, de peinture et d'assemblage à grande vitesse. En 2025, on estime qu'environ 65 % des entreprises automobiles utilisent actuellement des robots industriels. De nombreux grands constructeurs automobiles, tels que BMW, Tesla, Toyota et Mercedes-Benz, ont adopté des robots industriels dans de nombreuses opérations. La plupart des robots sont des robots articulés (à 5 ou 6 axes) utilisés pour améliorer la précision et la sécurité des processus de fabrication, avec l'avantage supplémentaire de pouvoir souder dans des endroits difficiles d'accès, inaccessibles ou présentant un risque trop élevé (en raison de fumées toxiques) pour les travailleurs humains. L'utilisation de robots industriels dans l'industrie automobile a permis de réduire les coûts de main-d'œuvre, d'améliorer la sécurité et d'accélérer la production, tout en réduisant les coûts de fabrication.

Santé

Les robots industriels sont utilisés dans le secteur de la santé pour un certain nombre de tâches, y compris la manipulation stérile et l'inspection de pièces dans les produits pharmaceutiques, le développement de prothèses avancées (exosquelettes, etc.) ainsi que la chirurgie robotique endoscopique. La chirurgie robotique est le domaine le plus avancé de la robotique industrielle : elle utilise des bras articulés ainsi que des effecteurs terminaux de haute précision. Les chirurgiens peuvent utiliser les bras robotiques comme extension de leurs propres bras. Actuellement, plus de 2 millions de chirurgies robotisées sont pratiquées chaque année, et on estime que le marché de la robotique médicale pourrait représenter plus de 45 milliards de dollars d'ici 2030 et 54 milliards de dollars d'ici 2034.

Ces robots permettent aux chirurgiens très expérimentés, qui n'ont peut-être plus autant de dextérité que dans leur jeunesse, de continuer à pratiquer des chirurgies prolongées. Ils permettent également aux chirurgiens d'effectuer des actes de chirurgie à distance, permettant des procédures de soins de santé plus avancées dans les zones rurales et éloignées qui n'ont généralement pas accès à des soins de santé avancés, si tant est qu'une bonne connectivité 5G soit disponible via la communication par satellite pour éviter la latence pendant la procédure. De nombreuses entreprises fabriquent actuellement des robots industriels pour le secteur de la santé, notamment Intuitive Surgical Inc, Stryker, Medtronic, Smith & Nephew, Siemens Healthineers, et bien d'autres encore.

Aérospatiale et Défense

Les robots sont utilisés dans le secteur aérospatial à des capacités différentes de celles de la fabrication automobile. Étant donné que volume de production n'est pas aussi élevé que dans l'automobile, les robots ne sont pas autant utilisés du côté de la fabrication aérospatiale. Les fabricants du secteur aérospatial utilisent principalement des robots industriels pour appliquer plusieurs feuilles composites sur de grands fuselages et d'autres composants critiques. Les robots industriels de ce secteur contribuent à réduire les déchets, à améliorer la sécurité et à rendre la fabrication plus durable.

Ils sont cependant largement utilisés dans les applications de défense. Le secteur de la défense utilise des robots industriels pour la manutention des matériaux et dans le cadre de missions d'exploration dangereuses, comme la recherche de mines et de bombes cachées, les expéditions sous-marines et les opérations nucléaires impliquant une contamination radioactive. Les robots industriels sont utilisés dans des environnements considérés comme trop risqués ou dangereux pour les humains.

La NASA et le département américain de la Défense, aux côtés d'entreprises aérospatiales populaires telles qu'Airbus, Boeing, Lockheed Martin, Northrop Grumman et Raytheon, utilisent tous des robots industriels. Nombre de ces organisations associent des robots à des capacités avancées d'intelligence artificielle (IA) dans toutes les applications pour les rendre plus intelligents.

Fabrication électronique

Les robots industriels sont aussi très utilisés dans diverses lignes d'assemblage de composants électroniques et de semi-conducteurs. Ils sont utilisés pour effectuer un ensemble de tâches sensibles à la contamination et nécessitant une précision à l'échelle du micron et un rendement élevé. Les robots à bras articulé (SCARA) et les robots delta, qui possèdent trois bras reliés à des articulations universelles au niveau de leur base, sont largement utilisés dans la fabrication électronique aux fins de la manipulation de plaquettes, de la manipulation de composants et des opérations d'assemblage telles que le soudage.

Selon la Fédération industrielle de la robotique, l'industrie électronique mondiale utilise environ 1 million de robots, dont environ 506 000 utilisés uniquement pour les composants électroniques industriels. L'utilisation accrue des robots industriels est motivée par l'augmentation des demandes de production, qui devraient croître de 5,6 % chaque année jusqu'en 2030 au moins (la région Asie-Pacifique étant en tête de file avec 42 % de parts de marché, suivie par l'Europe avec 28 % et l'Amérique du Nord avec 23 %).

Logistique

Une gamme de robots collaboratifs (cobots) et de robots mobiles est utilisée dans le secteur de la logistique pour réduire les coûts et améliorer l'efficacité. Ils sont utilisés pour automatiser les opérations en entrepôt et fournir une efficacité continue avec laquelle les opérateurs humains ne peuvent pas rivaliser (puisque les humains ont besoin de se reposer). Les robots industriels dans les environnements logistiques effectuent un ensemble de tâches automatisées : prélèvement et dépôt, tri, palettisation, suivi intelligent des stocks grâce à l'Internet des objets (IoT) et opérations de navigation dans les entrepôts. Amazon est le plus grand et le meilleur exemple d'utilisation de la robotique logistique, et compte maintenant plus d'un million de robots déployés dans ses entrepôts. D'ici 2027, on estime que le marché mondial de l'automatisation des entrepôts représentera 41 milliards de dollars.

Il existe de nombreux types de robots industriels utilisés dans différents secteurs à des fins différentes, et il existe de nombreuses classes de robots qui peuvent également être déployées dans plusieurs secteurs. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des classes de robotique industrielle les plus courantes.

Robots articulés

Les robots articulés sont des robots à articulations rotatives multiaxiales. Ils offrent une maniabilité élevée avec des capacités de dextérité semblables à celles des humains. Ces robots sont très courants dans la fabrication automobile, et bien qu'ils soient plus chers que les robots plus simples, ils sont hautement personnalisables, polyvalents et adaptables pour de nombreuses utilisations.

Robots SCARA

Les robots à bras articulé (SCARA) sont des robots simples qui se déplacent principalement sur le plan horizontal, avec une portée verticale limitée. Malgré leur simplicité, ils sont plus performants que les robots articulés pour les opérations de prélèvement et de dépôt. Ils sont devenus très courants dans les industries électroniques et pharmaceutiques, car ils sont compacts avec des exigences de maintenance minimales et peuvent s'intégrer aux processus existants.

Robots cartésiens

Les robots cartésiens sont des robots industriels simples et très courants dans les applications comme la fabrication additive. Le mouvement de ces robots est linéaire et prédéfini en coordonnées cartésiennes. Ils sont bon marché et faciles à utiliser comme les robots SCARA, mais offrent une flexibilité limitée. Cependant, ils peuvent être facilement intégrés aux processus d'automatisation et collaboratifs.

Robots delta

Les robots delta se reconnaissent à leur forme en D. Ils figurent parmi les robots les plus rapides dans les applications industrielles et sont donc souvent utilisés pour les opérations de transfert à grande vitesse. Aujourd'hui, ils sont aussi fréquemment utilisés dans les secteurs de l'emballage, de l'électronique et dans l'industrie pharmaceutique, car ils peuvent maintenir une vitesse élevée pendant de longues périodes. Cependant, ils sont plus complexes que les autres robots en raison de leurs multiples bras, de leurs articulations parallèles et du fait que le mouvement de leurs bras est contrôlé à partir d'une base fixe plutôt que par des effecteurs terminaux (c'est ce que l'on appelle la cinématique inverse).

Robots cylindriques

Les robots cylindriques sont légèrement différents des autres bras robotiques. Ils sont dotés d'un bras principal capable de se déplacer de haut en bas plutôt que de tourner autour d'un axe, ce qui permet un mouvement d'extension et de rétraction du bras. Les robots cylindriques utilisent un système de coordonnées 3D pour spécifier les emplacements vers lesquels se déplacer et effectuer des actions. Les robots cylindriques sont utilisés dans les applications de manutention, le soudage par points, le moulage, le revêtement et la finition, ainsi que dans les opérations automatisées sur tapis roulants.

Robots industriels mobiles

Les robots industriels mobiles sont des robots qui peuvent se déplacer dans une installation. Il existe deux principaux types de robots industriels mobiles : les modèles guidés et non guidés.

Les robots mobiles guidés sont appelés véhicules à guidage automatique (AGV) et suivent une trajectoire fixe au sein d'une installation, ce qui signifie qu'ils ne s'écartent à aucun moment de cette trajectoire. De nombreux robots présents dans les entrepôts Amazon sont des AGV. Ils sont également très utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs.

Les robots mobiles non guidés sont appelés robots mobiles autonomes (AMR). Ces robots utilisent différents capteurs (par exemple, des caméras, des capteurs lidar, ultrasoniques, infrarouges ou des unités de mesure d'inertie [IMU]) ainsi que des algorithmes de localisation et de cartographie simultanées (SLAM) pour se déplacer de manière autonome dans les installations sans trajectoire prédéfinie, en évitant les obstacles (et en trouvant une nouvelle trajectoire de manière autonome si la première est bloquée). Les AMR sont utilisés dans de nombreuses applications, notamment dans les usines, les entrepôts, les opérations de sécurité et de surveillance, les missions d'exploration, ainsi que pour le transport de matériel dans les hôpitaux.

Robots collaboratifs (cobots)

Les cobots sont des systèmes robotiques conçus pour travailler ensemble et/ou avec des humains de manière collaborative, sans entrer en collision les uns avec les autres. Ils ne se distinguent pas facilement des autres catégories de robots, car les cobots peuvent être issus de différents types de robots. Tous les robots stationnaires pourraient être conçus pour fonctionner de manière collaborative, mais les cobots sont plus complexes, car ils nécessitent une grande précision, des protocoles de sécurité, une bonne perception spatiale ainsi que des systèmes de communication pour fonctionner à l'unisson. Les capteurs jouent un rôle important dans les cobots, car les capacités cognitives et la reconnaissance visuelle des images sont essentielles pour garantir que les bras robotiques n'entrent pas en collision avec d'autres bras robotiques ou avec des travailleurs humains dans un espace de travail défini. Ces robots sont importants pour l'Industrie 5.0 et bénéficient des derniers développements en matière d'apprentissage automatique et d'IA.

Même si de nombreux systèmes robotiques industriels sont déjà établis aujourd'hui, de nouvelles avancées technologiques continuent de repousser les limites de ce qui est possible avec la robotique moderne.

Robots humanoïdes

À mesure que la robotique progresse, les robots humanoïdes fonctionnels deviennent plus efficaces et se rapprochent de l'adoption généralisée. Les robots humanoïdes, comme les humains, utilisent des pinces, des manipulateurs et d'autres appendices pour effectuer des tâches délicates. De nombreuses avancées en matière de technologies de locomotion et d'intelligence sont actuellement mises en œuvre dans le domaine des robots humanoïdes, mais certains obstacles technologiques subsistent encore.

Développements avancés en matière de capteurs et de matériel

Le développement croissant des AMR et des cobots a entraîné de nouvelles innovations dans la technologie avancée des capteurs. Ces robots ont besoin de capacités de perception intelligente utilisant des capteurs avancés, la reconnaissance d'image et les technologies de communication pour être sûrs. Avec des robots ayant maintenant plusieurs articulations et de nombreux capteurs intégrés, des algorithmes complexes sont également nécessaires pour traiter et analyser toutes les données des capteurs afin que les actions appropriées puissent être réalisées. Pour cette raison, les processeurs (CPU) avancés et les unités de traitement graphique (GPU) sont devenus plus importants dans les robots les plus récents. Par ailleurs, les communications sans latence via la 5G/6G deviennent de plus en plus importantes pour contrôler les robots (en particulier ceux qui se déplacent ou interagissent avec d'autres robots/humains).

Robotique molle

La robotique molle est un autre domaine qui s'est fortement développé ces dernières années. Au lieu de structures métalliques rigides, la robotique molle est faite de matériaux plus délicats et plus souples, tels que des polymères, des élastomères et des hydrogels. Les robots mous peuvent être intégrés aux articulations et aux actionneurs des robots humanoïdes afin d'offrir davantage de flexibilité et d'amplitude de mouvement sans avoir recours à de multiples moteurs. Ces matériaux souples permettent également de construire des robots autonomes (souvent de très petite taille) qui imitent le comportement des animaux.

Intégration de l'intelligence artificielle (IA) et de l'apprentissage automatique (ML)

L'intégration de l'IA et de l'apprentissage automatique augmente dans tous les domaines robotiques, ce qui aide à créer des robots industriels dotés de capacités avancées de perception et de détection. Parmi les progrès réalisés, il est désormais possible de réaliser une interprétation plus précise des données visuelles (en combinant les données de plusieurs capteurs et systèmes de vision) afin d'identifier la forme et la taille des objets pour les opérations de saisie et de placement, d'éviter les obstacles pendant la navigation autonome ou de mieux reconnaître les gestes des bras humains. De plus, l'IA et l'apprentissage automatique contribuent à intégrer les capacités cognitives et l'intelligence humaines dans divers robots industriels afin de permettre une prise de décision avancée et l'analyse de scénarios hypothétiques. L'IA est également utilisée avec les données des capteurs des robots du côté opérationnel pour la maintenance prédictive afin de réduire les pannes et les temps d'arrêt, ce qui améliore la productivité.

Les robots sont devenus un pilier dans de nombreuses opérations de fabrication et d'entreposage. Bien qu'ils soient utiles et présentent de nombreux avantages, ils apportent également leur lot d'inconvénients.

Avantages de la robotique industrielle

• Productivité et vitesse de fonctionnement accrues dans de nombreuses applications
• Amélioration de la capacité à soulever des charges utiles lourdes et dangereuses (déchets nucléaires, par exemple) afin de renforcer les normes de sécurité dans les milieux industriels
• Utilisation dans des environnements dangereux, tels que la construction à haut risque et les développements d'infrastructures comme les tunnels, ce qui évite de mettre des vies humaines en danger
• Amélioration des capacités de prise de décision et élimination des objets indésirables sur les tapis roulants dans les environnements de fabrication intelligente
• Réduction des coûts au fil du temps grâce à une productivité et un rendement supérieurs, ainsi qu'à une réduction des déchets

Inconvénients de la robotique industrielle

• Coûts initiaux élevés, car de nombreux robots industriels sont coûteux à acquérir et à installer
• Inquiétude accrue des employés actuels au sujet de la sécurité de l'emploi, car l'adoption de robots peut conduire à la perte d'emplois dans différents secteurs
• Augmentation des coûts en cas de problème en raison de la complexité du robot
• Maintenance continue accrue, y compris les mises à jour logicielles et matérielles, qui peuvent être coûteuses
• Problèmes de confidentialité plus présents en raison des caméras, microphones et capteurs intégrés dans les robots
• Risques accrus pour la sécurité des êtres humains lorsque ceux-ci travaillent aux côtés de cobots et de robots d'assistance

À mesure que les robots deviennent plus complexes avec l'ajout de plusieurs composants qui fonctionnent tous différemment, mais qui doivent toujours fonctionner ensemble, l'utilisation de la simulation et de la modélisation avancée peut rationaliser le processus de conception afin d'éviter le prototypage inutile et coûteux.

La simulation peut être utilisée à toutes les étapes du processus de conception robotique. Dans la phase de création conceptuelle, les concepteurs peuvent explorer les possibilités liées à la géométrie, aux articulations, aux actionneurs et aux capteurs, et travailler sur les contraintes environnementales. Au cours de la phase de conception détaillée, une plus grande précision dans les analyses cinématiques et dynamiques peut permettre de mieux se concentrer sur les aspects de la conception liés aux performances vibratoires et à la durabilité. Les ingénieurs peuvent également effectuer des simulations multiphysiques pour observer l'effet de la température, de l'humidité ou des champs électromagnétiques sur les conceptions de robots industriels. Par ailleurs, les robots industriels peuvent être simulés au niveau du système, ainsi qu'au niveau des composants.

Voici quelques-unes des solutions Ansys utilisées pour simuler et améliorer les conceptions robotiques industrielles :

Ansys Motion, logiciel de simulation dynamique multicorps : utilisé pour déterminer comment les mouvements des articulations affectent les positions des effecteurs finaux et comment différentes conditions de chargement peuvent entraîner des forces et des couples différents à des emplacements critiques.

Ansys Maxwell, solveur de champ électromagnétique avancé : utilisé pour concevoir des moteurs de robot et des systèmes de commande.

Ansys Mechanical, logiciel d'analyse structurelle par éléments finis, Ansys Sherlock, logiciel de prédiction de fiabilité électronique, Ansys SIwave, logiciel de simulation électromagnétique des circuits imprimés (PCB) et des ensembles de circuits : utilisés pour proposer une approche multiphysique permettant d'étudier le comportement physique des composants individuels et des systèmes, ainsi que les forces agissant sur ces systèmes.

Ansys Twin Builder, plateforme de jumeaux numériques basée sur la simulation : logiciel de jumeaux numériques utilisé pour développer des modèles au niveau du système.

Ansys LS-DYNA, logiciel de simulation structurelle de dynamique non linéaire : utilisé pour déterminer l'étendue des dommages causés au système et à l'environnement après une collision.

Ansys HFSS, logiciel de simulation électromagnétique haute fréquence : utilisé pour concevoir les antennes et les systèmes de communication dans les robots industriels avancés, ainsi que pour modéliser différents capteurs électromagnétiques.

Ansys Lumerical, logiciel de simulation de composants photoniques, Ansys Zemax OpticStudio, logiciel de conception et d'analyse de systèmes optiques, Ansys Speos, logiciel de simulation optique et d'éclairage intégré à la CAO : utilisés pour concevoir des composants et des capteurs optiques, tels que des systèmes de vision, allant de la génération des sources lumineuses individuelles à la simulation du composant, du système et du niveau de l'environnement.

Si vous souhaitez en savoir plus sur la façon dont une approche multiphysique peut aider à concevoir des robots industriels plus avancés et plus sûrs, contactez notre équipe technique dès aujourd'hui.

Ressources connexes