[Belle histoire] Un système de pilotage adapté à la robotique collaborative modulaire

Initialement pensée comme une société de services à destination de l’industrie, à sa création en 2015, l’entreprise MS-Innov s’est finalement spécialisée en robotique industrielle modulaire. Sa solution de cobotique – collaboration entre les humains et les robots – s’inscrit dans une démarche d’Industrie 5.0, qui vise à placer l’humain au cœur des processus industriels. « Les problématiques environnementales sont aussi prépondérantes dans le concept d’Industrie 5.0 », relève Karine Wieder, directrice commerciale de MS-Innov. « Et la modularité contribue significativement à réduire l’empreinte écologique de la robotique industrielle, en favorisant la réparabilité et en facilitant la maintenance des équipements. »

MORFOSE : robot collaboratif modulaire pour l’industrie

La solution développée par MS-Innov et commercialisée depuis début 2024 porte le nom de MORFOSE. Son objectif : aider les opérateurs industriels au quotidien, afin qu’ils puissent se recentrer sur les tâches à forte valeur ajoutée. « L’industrie est aujourd’hui confrontée à des difficultés de recrutement et ses employés à des risques de troubles musculo-squelettiques (TMS) », constate Karine Wieder. « En permettant d’automatiser des tâches répétitives ou pénibles, MORFOSE vient simplifier le travail des opérateurs, limiter les postures à risque et valoriser des métiers essentiels. »

Pour cela, MS-Innov a mis au point un système innovant de fixation modulaire, protégé par un brevet. Celui-ci permet d’interconnecter aisément différents modules et de configurer totalement MORFOSE, afin de l’adapter à chaque environnement, et ce, « en moins de dix minutes », d’après Karine Wieder. Ainsi, le robot collaboratif peut convenir à de multiples applications : manutention, contrôle qualité, assemblage, dépôt de matière… Une polyvalence qui peut s’exprimer au sein d’un même site, puisqu’un module pèse au maximum 7 kg, facilitant le transport du robot d’un endroit à un autre. De plus, l’interchangeabilité des composants prolonge la durée de vie de l’équipement : lorsqu’une pièce s’avère défectueuse, il n’est pas nécessaire de réparer ou de remplacer la totalité du robot, il suffit de changer le module concerné.

La conception nativement modulaire de MORFOSE offre la possibilité de piloter jusqu’à huit axes, en bénéficiant, pour chacun, d’une capacité de rotation infinie. Cette seconde innovation technologique, faisant également l’objet d’un brevet, répond aux besoins de productivité des industriels, en améliorant les temps de cycle.

Un logiciel de pilotage accessible à tous

Néanmoins, pour tirer le plein potentiel de la solution de cobotique, encore faut-il un système de pilotage capable de prendre en compte les singularités de MORFOSE. C’est l’objet de la collaboration entre MS-Innov et FEMTO Engineering¹, entamée en 2022. « L’idée n’était pas de partir de zéro, mais d’adapter des lois de robotique connues au besoin de modularité et de facilité d’utilisation de MORFOSE », indique Olivier Lehmann, ingénieur de recherche spécialisé en robotique chez FEMTO Engineering. En effet, MS-Innov tient à proposer un outil accessible, ne nécessitant pas de compétences spécifiques en programmation, afin de démocratiser le recours à la robotique. « Notre slogan est : l’agilité pour tous et avec tous », résume Karine Wieder.

C’est pourquoi l’équipe de recherche a privilégié une approche mêlant langage informatique classique et programmation graphique. Ainsi, l’interface propose notamment des blocs prédéfinis correspondant à des actions pertinentes dans l’environnement au sein duquel MORFOSE est utilisé. Le but : permettre aux opérateurs de prendre rapidement en main le logiciel, au bout d’une seule journée de formation. « À terme, nous allons même développer des fonctions métier, par exemple pour le soudage », annonce Oliver Lehmann. « Il s’agira d’un bloc complet comprenant toutes les actions et tous les paramètres nécessaires à l’opération souhaitée. »

Une console de pilotage à l’image de MORFOSE : compacte et modulaire

Pour parvenir à un tel résultat, les équipes de MS-Innov et de FEMTO Engineering ont premièrement mené une phase de présentation du robot et des besoins relatifs à son pilotage. Ils ont ensuite développé conjointement des lois de commande. « En fin de compte, l’objectif était d’être en mesure de donner vie aux modules assemblés, afin de réaliser les trajectoires requises », décrit Olivier Lehmann. En outre, dans le but de préserver la transportabilité de la solution, la console devait elle-même respecter des contraintes quant à ses dimensions. « C’était un vrai défi technique à relever : comment proposer un système de commande performant et flexible, tout en restant compact ? », souligne l’ingénieur de recherche. « Et aujourd’hui, l’armoire de pilotage mesure 50 cm par 50 cm et pèse moins d’une quinzaine de kilos. »

Par ailleurs, MORFOSE étant modulaire, le logiciel de pilotage devait également posséder cette qualité. Mais comment l’application peut-elle s’adapter à tous les cas d’usage envisageables ? « Nous avons intégré cette exigence dès les premières étapes du développement du logiciel », affirme Olivier Lehmann. « Cela signifie notamment que tous les modèles de commande du robot sont configurables, selon les différents modules connectés. Ainsi, dès qu’un nouveau module est branché, l’opérateur peut rapidement disposer des blocs de pilotage adéquats. » Un fonctionnement qui passe par le recours à des « réseaux de terrain », permettant une communication efficace entre la baie principale et les différents modules et une synchronisation de l’ensemble. Grâce à cette architecture, le système est capable de reconnaître chaque module connecté et de choisir la loi de commande idoine. L’équipe de recherche parle ainsi de « plug and produce », par analogie avec le « plug and play » des systèmes d’exploitation.

Collaboration en toute sécurité

L’application de pilotage n’oublie pas non plus l’autre caractéristique essentielle de MORFOSE : la collaboration. Cet impératif implique de prendre en compte la présence d’êtres humains autour de l’équipement et d’assurer leur sécurité. « En premier lieu, cela impose de limiter l’énergie cinétique du robot, et donc la vitesse à laquelle il peut opérer », avance Olivier Lehmann. « Celui-ci doit également rester « attentif » à son environnement, détecter toute éventuelle collision avec un opérateur et prévenir ainsi les risques de blessure. »

Une collaboration efficace réside aussi dans l’acceptation de la solution par les équipes sur le terrain. « C’est pourquoi, dès les premières étapes de développement de MORFOSE, nous avons invité, dans les locaux de MS-Innov, des utilisateurs finaux, des managers, ou encore des intégrateurs », mentionne Karine Wieder. « L’idée était qu’ils puissent partager avec nous leur quotidien, leurs contraintes, leurs souhaits… » Une démarche de coconstruction essentielle pour coller aux besoins des industriels.

Amélioration continue de MORFOSE

Aujourd’hui, les premiers robots commercialisés par MS-Innov et installés sur des sites de production intègrent les fonctions de pilotage développées dans le cadre de la collaboration avec FEMTO Engineering. « Pour l’instant, les fonctionnalités disponibles restent assez standards, par exemple le chargement et le déchargement de machines », concède Karine Wieder. « Mais nous allons progressivement compléter l’éventail de possibilités offertes et prendre en charge des trajectoires plus complexes. » L’équipe de recherche s’inscrit ainsi dans un processus d’amélioration continue, afin de rendre le pilotage toujours plus précis et de travailler à l’intégration de fonctions métier telles que le polissage ou le ponçage.

« En tant qu’organisme de recherche, FEMTO-ST reste également proche de l’enseignement », ajoute Olivier Lehmann, en référence aux liens entretenus avec l’Université de Franche-Comté (UFC), l’École Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM), ou encore l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard (UTBM). « Nous sommes ainsi en discussion avec MS-Innov afin de mettre au point des kits d’enseignement pour former des étudiants à la robotique. » Une prochaine génération d’ingénieurs qui s’appuiera peut-être sur ce savoir pour poser les bases de la robotique dans la future Industrie 6.0.

¹ Femto Engineering assure l’interface entre la recherche à FEMTO-ST et les besoins d’innovation des industriels.