Le choix et l'intégration de systèmes de motorisation représente un défi de taille pour les fabricants de robots médicaux. Une expertise en ingénierie peut s'avérer précieuse pour répondre aux exigences techniques et commerciales de façon optimale, avec un partenariat engagé dès la conception.

Par Antonio Herrera, Marketing stratégique mondial de Portescap pour la robotique chirurgicale et industrielle

En progression constante dans une grande variété de domaines, la robotique améliore l’efficacité, la sécurité et la productivité, en particulier dans les applications d’automatisation industrielle. Elle se développe tout autant dans les environnements médicaux avec le principal avantage d'améliorer sensiblement la précision des interventions chirurgicales.

Des exigences techniques et commerciales à satisfaire

Cette diversité d’applications implique que les équipementiers prennent en compte différents facteurs lors de la conception de leurs systèmes robotiques, selon leur finalité.

Considérations conditionnant le choix d'un système de motorisation pour le développement d'une application robotique (source : Portescap)

Quelle que soit l'application, la technologie de contrôle du mouvement (moteurs, engrenages et dispositifs de rétroaction) est au cœur de tout robot. Elle entraîne les membres, les articulations et les effecteurs. Les exigences imposées au robot ont des conséquences importantes sur la conception du système de motorisation. Celle-ci nécessite non seulement une évaluation de la technologie de moteur susceptible de répondre le plus efficacement au cahier des charges, mais elle doit également satisfaire les besoins commerciaux de l'équipementier. Cela signifie que le système de motorisation doit s’intégrer de manière optimale à la conception globale du robot, tout en garantissant la facilité d’assemblage et la conformité réglementaire.

Les défis de la mise au point d'un système motorisé

La détermination du ou des points de fonctionnement est l’une des premières étapes auxquelles les ingénieurs sont confrontés lors de la conception de systèmes électromécaniques. Le couple que le système de motorisation doit être capable de fournir, ainsi que les charges radiales et axiales, constituent des paramètres essentiels.

Les exigences cinématiques d’un robot sont également cruciales. Elles incluent le profil de mouvement du dispositif, ainsi que la fluidité et la réactivité de réponse de ce mouvement : des facteurs qui découlent des performances du système de contrôle.

Quant à la miniaturisation, elle est importante à plus d'un titre. Pour les performances dynamiques du robot d'abord : un système compact et léger présente une faible inertie qui favorise sa réactivité, et une masse réduite qui optimise également son efficacité. De plus, un système de motorisation de petite taille permet de s’adapter à un espace physique limité et de s’intégrer facilement aux autres composants. C'est d'autant moins facile que le système de motorisation doit toujours respecter les points de fonctionnement requis et le profil de mouvement souhaité.

Facteurs interdépendants lors du développement d'un solution motorisée (source Portescap).

Autre critère primordial dans le médical : la fiabilité. Les problèmes de maintenance ou les défaillances dans un environnement d’automatisation industrielle peuvent entraîner des temps d’arrêt, mais dans un environnement médical, la fiabilité peut impacter la sécurité humaine. On notera d'ailleurs que la miniaturisation du système de motorisation ajoute de la complexité au défi de la fiabilité, compte tenu des exigences de la gestion thermique. Les ingénieurs doivent également prendre en compte la compatibilité des composants, les points de fonctionnement, notamment la surcharge et le fonctionnement continu, ainsi que d’autres modes de défaillance potentiels.

L’environnement d'utilisation du robot est également important pour la fiabilité : compte tenu de la chaleur (ou du froid) et d'infiltrations potentielles, la conception de la motorisation doit assurer une protection adéquate.

Du concept à la fabrication

Ce n’est qu’après avoir investi beaucoup de temps et d’efforts sur ces aspects, et après avoir mis un concept au point, qu’une solution peut être créée pour évaluer la facilité de fabrication. A cela s'ajoute la complexité que représente l’évolution de la conception d’un système de motorisation vers un système réalisable à l'échelle industrielle.

La nécessité de réviser ou de modifier les caractéristiques techniques et les composants précédemment sélectionnés, voire le choix des matériaux, peut rallonger considérablement le développement du projet.

Pour réduire les difficultés liées au passage du prototype à la production complète, il est crucial de hiérarchiser les exigences de conception du système de motorisation le plus tôt possible. Cela va du compromis entre couple disponible, échauffement et encombrement, jusqu'aux considérations de fiabilité à long terme qui impliquent le choix de la technologie du moteur et des matériaux. De plus, toutes ces considérations doivent être compatibles avec les impératifs commerciaux.

Ces arbitrages peuvent être facilités grâce au soutien d’un partenaire expérimenté qui maîtrise ces difficultés.

De plus, un expert en motorisation peut mettre rapidement en évidence des facteurs critiques qui, découverts tardivement, risqueraient d'augmenter les coûts et de rallonger les délais de livraison du projet.

Impliquer les spécialistes en ingénierie du mouvement

Les développeurs de robots peuvent optimiser le développement de leur solution de motorisation en s’appuyant sur des experts en contrôle du mouvement capables de proposer des solutions diversifiées et spécifiques à chaque application, en pleine connaissance des méthodes de fabrication et des défis commerciaux.

Cela peut également impliquer de choisir entre des solutions standard "sur étagère" et la personnalisation. De plus, travailler avec un spécialiste du mouvement offre l'avantage significatif d'une assistance technique disponible tout au long du processus de développement, qui garantit fiabilité et intégration maximales.

Compte tenu de l’éventail d’options disponibles pour la mise au point de solutions de motorisation en robotique, il est essentiel de penser au-delà des paramètres de vitesse et de couple. Le système de motorisation aura une incidence directe, non seulement sur les performances du robot, mais également sur sa fiabilité à long terme.

L’expertise peut également être essentielle pour passer du concept à la réalité de manière optimale. En s’associant à une équipe dédiée à l’ingénierie du mouvement, il est plus probable de parvenir à une solution commerciale viable dans un délai réduit. Idéalement, cette collaboration entre le fabricant du robot et le développeur de la solution de motorisation devrait commencer le plus tôt possible dans le projet, afin d'optimiser le résultat.

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