Mouvement synchronisé pour servomoteurs et axes coordonnés dans les automates Rockwell

Le contrôle des mouvements multi-axes va au-delà de la synchronisation traditionnelle des servomoteurs

Les constructeurs de machines modernes attendent de plus en plus des systèmes servo qu’ils assurent davantage qu’un positionnement isolé des axes. Les lignes d’emballage, les cellules robotisées et les systèmes de manutention exigent désormais des mouvements multi-axes synchronisés, une précision accrue, des trajectoires plus fluides et une programmation simplifiée.

Les fonctions de mouvement coordonné de Rockwell Automation dans Studio 5000 répondent à ce besoin en permettant à jusqu’à six axes servo de se déplacer ensemble au sein d’un même système coordonné. Contrairement aux techniques traditionnelles d’engrenage électronique ou de came, le mouvement coordonné se concentre sur le positionnement spatial et le contrôle de trajectoire de plusieurs axes simultanément.

Cette capacité devient particulièrement précieuse dans la manutention robotisée, les portiques à grande vitesse et les systèmes de fabrication flexibles, où la qualité des mouvements influence directement le débit et la régularité des produits.

Figure 1. Le mouvement coordonné permet aux systèmes robotisés de synchroniser plusieurs articulations servo avec un contrôle fluide du positionnement.

Pourquoi le mouvement coordonné diffère de l’engrenage électronique et des profils de came

Les méthodes traditionnelles de synchronisation des mouvements, telles que l’engrenage électronique et les profils de came, gèrent généralement les relations maître-suiveur entre un ou deux axes. Le mouvement coordonné étend ce concept au contrôle complet de trajectoires multi-axes.

Dans un système coordonné, chaque axe se déplace vers la destination qui lui est attribuée tout en maintenant une synchronisation du temps d’arrivée. Le contrôleur calcule en continu les ajustements de vitesse et d’accélération afin que tous les axes terminent leur mouvement ensemble.

Cette architecture permet aux concepteurs de machines de créer des mouvements de type robotisé sans recourir à un contrôleur de robot dédié.

Coordonnées articulaires et coordonnées cartésiennes

L’une des premières décisions d’ingénierie consiste à choisir le modèle de mouvement. Les robots articulés fonctionnent normalement avec des coordonnées articulaires, chaque moteur tournant indépendamment autour d’un axe défini.

Cependant, de nombreux systèmes à portique et systèmes cartésiens fonctionnent directement selon les coordonnées X, Y et Z. Cela simplifie la programmation, car le contrôleur calcule directement le mouvement linéaire au lieu de convertir les coordonnées de l’outil en positions articulaires.

Le mouvement coordonné de Studio 5000 prend en charge ces deux concepts, même si les systèmes cartésiens restent plus faciles à configurer et à dépanner lors de la mise en service.

Création de l’environnement de mouvement coordonné

La configuration d’un système de mouvement coordonné nécessite davantage de préparation qu’un contrôle servo standard à axe unique. Les ingénieurs doivent d’abord définir un groupe de mouvement, affecter les axes servo et créer un objet de système coordonné dans Studio 5000.

L’assistant de système coordonné permet de configurer la géométrie des axes, les décalages, les unités d’ingénierie et les limites de mouvement. Ces paramètres déterminent la manière dont le contrôleur interprète les commandes de position au sein du réseau servo.

Figure 2. La configuration du groupe de mouvement définit les relations entre les axes, la géométrie et le comportement du système coordonné.

De nombreux fabricants de machines associent le mouvement coordonné à des plateformes servo avancées et à des architectures d’E/S distribuées afin d’améliorer l’évolutivité des machines. Les systèmes basés sur des contrôleurs Allen-Bradley ControlLogix et des variateurs servo modernes utilisent de plus en plus le mouvement coordonné pour simplifier les applications robotisées et à portique.

Principales instructions de mouvement dans Studio 5000

L’environnement de mouvement coordonné de Rockwell repose sur plusieurs blocs fonctionnels dédiés à la génération de trajectoires multi-axes.

Mouvement linéaire avec MCLM

L’instruction Motion Coordinated Linear Move, ou MCLM, assure un mouvement en ligne droite entre des positions cartésiennes définies. Les ingénieurs spécifient les coordonnées X, Y et Z, tandis que le contrôleur synchronise automatiquement les vitesses des axes.

Cette instruction convient particulièrement aux systèmes à portique dans lesquels l’outillage doit se déplacer en douceur entre les emplacements de prise et de dépose.

Mouvements circulaires et basés sur des trajectoires

L’instruction Motion Coordinated Circular Move prend en charge les trajectoires en arc dans un espace 2D et 3D. Parallèlement, Motion Coordinated Path Move étend davantage les capacités en prenant en charge les trajectoires de robots articulés et les profils de mouvement avancés.

Ces fonctions permettent aux constructeurs de machines de créer des mouvements d’outillage plus fluides tout en réduisant les variations brusques d’accélération susceptibles d’endommager les systèmes mécaniques.

Figure 3. L’instruction MCLM synchronise plusieurs axes servo pendant un mouvement linéaire coordonné.

Les applications où le mouvement coordonné apporte le plus de valeur

L’une des principales applications du mouvement coordonné reste le portique servo. Dans ces systèmes, trois axes perpendiculaires travaillent ensemble pour positionner l’outillage sur de grandes enveloppes de travail.

Contrairement aux robots articulés, les portiques fonctionnent généralement directement dans l’espace cartésien, ce qui réduit la complexité des transformations et simplifie la maintenance.

Les opérateurs peuvent déplacer manuellement les axes jusqu’à leur position, enregistrer des points de coordonnées et réutiliser ces positions en fonctionnement automatique. Il en résulte un mouvement fluide et répétable sur toute l’enveloppe de la machine.

Figure 4. Les portiques servo bénéficient du mouvement coordonné, car tous les axes atteignent simultanément leurs positions cibles.

Le mouvement coordonné continue également de s’étendre à la robotique collaborative, à l’assemblage automatisé, aux systèmes de palettisation et aux équipements de manutention de matériaux pour semi-conducteurs.

L’évolution industrielle vers des mouvements définis par logiciel

Le secteur de l’automatisation s’éloigne progressivement des systèmes de mouvement isolés et centrés sur le matériel pour adopter des architectures de machines définies par logiciel.

Les plateformes API modernes associent désormais le contrôle des mouvements, la visualisation, la mise en réseau et la sécurité au sein d’environnements d’ingénierie unifiés. Cela réduit la complexité de l’intégration et raccourcit le temps de mise en service.

Des fournisseurs tels que Rockwell, Siemens, Beckhoff et Mitsubishi Electric continuent d’investir massivement dans les technologies de mouvement synchronisé, car les fabricants exigent de plus en plus des systèmes de production flexibles capables d’être rapidement reconfigurés.

Les constructeurs de machines travaillant avec des architectures distribuées et une automatisation à grande vitesse associent souvent les plateformes de mouvement coordonné à des systèmes API et PAC avancés afin de prendre en charge des applications de mouvement évolutives sur plusieurs cellules de production.

Point de vue de l’ingénierie

Le mouvement coordonné n’est plus limité aux grandes installations robotisées. Grâce à des processeurs API plus rapides, à des réseaux servo intégrés et à des outils logiciels simplifiés, cette technologie est devenue pratique pour les projets d’automatisation industrielle courants.

Pour les fabricants de machines et les intégrateurs de systèmes, le véritable avantage ne réside pas uniquement dans la synchronisation des mouvements. Le bénéfice principal vient de la réduction de la charge de programmation et d’un comportement plus prévisible de la machine lors d’opérations multi-axes complexes.

À mesure que les systèmes de fabrication évoluent vers une automatisation modulaire, le mouvement coordonné deviendra probablement une attente standard plutôt qu’une fonction spécialisée.

Auteur : Daniel Mercer | Analyste senior en contrôle des mouvements

Daniel Mercer possède plus de 14 ans d’expérience dans les systèmes de mouvement industriels, l’intégration d’API et l’ingénierie des applications servo. Il a participé à des projets d’automatisation mettant en œuvre les plateformes de Rockwell Automation, Siemens, Beckhoff Automation et Mitsubishi Electric dans les secteurs de l’emballage, de la robotique et de la manutention.