Encodeurs : comment rendre un robot plus précis sans l’alourdir ?
Des robots toujours plus compacts, mais toujours plus exigeants
Les concepteurs de robots doivent concilier deux exigences contradictoires : des articulations toujours plus courtes, plus légères et moins coûteuses, et des mouvements toujours plus précis, fluides et sûrs. Les robots collaboratifs, humanoïdes et chirurgicaux poussent ces deux exigences à l’extrême. Dans chaque articulation se trouve un encodeur, le capteur qui indique au robot la position exacte de son bras et dont dépend la précision de ses mouvements. Mais comment intégrer un encodeur précis et insensible aux perturbations du moteur dans une articulation toujours plus petite, sans ajouter de poids, de pièces ni de complexité ?
Cet article présente les problèmes auxquels les ingénieurs sont confrontés, la façon dont les encodeurs Netzer Precision y répondent, et comment EMG2, partenaire de Netzer, vous accompagne du choix de l’encodeur jusqu’à la production en série de votre robot.
Cinq contraintes dans chaque articulation de robot
Qu’ils conçoivent des bras industriels, des cobots, des manipulateurs mobiles ou des robots médicaux, les ingénieurs rencontrent les mêmes difficultés au niveau de l’articulation :
- Chaque millimètre et chaque gramme comptent : les articulations doivent être aussi courtes et légères que possible, car chaque gramme supplémentaire dans une articulation distale doit être porté, accéléré et freiné par toutes les articulations situées en amont.
- Deux encodeurs, deux fois plus d’intégration : ajouter un encodeur côté charge améliore la précision, mais ajoute aussi des pièces, du câblage et des étapes d’assemblage dans une articulation déjà encombrée.
- Un environnement perturbé : les aimants du moteur, les freins et l’électronique de puissance se trouvent à quelques centimètres du capteur. Les interférences magnétiques et électriques peuvent dégrader le signal, ce qui est inacceptable pour les robots chirurgicaux ou collaboratifs, où précision et sécurité vont de pair.
- Des tolérances mécaniques serrées : de nombreux encodeurs exigent un alignement précis, ce qui ralentit l’assemblage et rend les rendements de production sensibles aux moindres variations mécaniques.
- Des mouvements rapides et fluides : une bande passante ou une résolution insuffisante du retour de position se traduit par des vibrations, des dépassements et des mouvements saccadés lorsque le robot réagit à son environnement.
La réponse de Netzer : un encodeur sans contact, sans perturbation
Netzer Precision conçoit des encodeurs rotatifs absolus basés sur sa technologie capacitive sans contact Electric Encoder™. La plupart des encodeurs mesurent la rotation à l’aide d’aimants ou d’un disque optique. Celui de Netzer repose sur un autre principe : l’Electric Encoder™ mesure l’angle grâce au champ électrique entre deux disques fins, l’un fixe et l’autre qui tourne avec l’articulation, sans jamais se toucher. Résultat : aucune usure dans le temps, et aucune perturbation par les aimants du moteur.
L’Electric Encoder™ face aux autres technologies
En robotique, on rencontre principalement trois autres familles d’encodeurs : optiques (la lumière traverse un disque gradué), magnétiques (un capteur lit le champ d’un aimant en rotation) et résolveurs (des bobinages mesurent l’angle par induction). Chacune a ses atouts, mais elles se heurtent à des limites différentes une fois intégrées dans une articulation compacte, au plus près du moteur.
| Critère | Optique | Magnétique | Résolveur | Electric Encoder™ |
|---|---|---|---|---|
| Encombrement et poids | Moyen à élevé | Faible | Élevé | ✔ Très faible |
| Sensibilité aux aimants du moteur | Faible | Élevée | Faible à modérée | ✔ Aucune |
| Poussière, huile, condensation | Sensible | Robuste | Très robuste | ✔ Robuste |
| Tolérance de montage | Faible | Moyenne | Bonne | ✔ Bonne |
| Résolution | Très élevée | Moyenne | Moyenne | ✔ Élevée (17 à 23 bits) |
L’Electric Encoder™ combine ainsi la finesse d’un capteur magnétique, une résolution proche de l’optique et une insensibilité totale aux aimants du moteur : exactement ce qu’exige une articulation compacte.
Haute bande passante et haute résolution pour des mouvements fluides
Les encodeurs Netzer fournissent un retour de position absolu continu sur 360°, avec une précision et une bande passante élevées. Le robot réagit ainsi rapidement et en douceur aux changements le long du bras. La résolution va de 17 à 23 bits selon le modèle.
Fins, légers et à arbre creux
La gamme VLX Robotique & Industrie est conçue pour les articulations compactes. Elle s’étend du VLX-25 (25 mm de diamètre extérieur, 3,6 g) au VLX-247 (247,7 mm, 10 mm de hauteur), avec un arbre creux pour le passage des câbles et un rotor à faible inertie.
Moins de pièces, un robot plus compact
La mesure étant capacitive et non magnétique, l’encodeur peut être placé près des aimants du moteur et monté côté charge sans être perturbé. L’articulation nécessite ainsi moins de pièces, ce qui réduit son encombrement, sa complexité et son coût global.
Un montage tolérant
L’Electric Encoder™ accepte des tolérances d’installation mécanique plus larges que de nombreuses alternatives, ce qui facilite l’assemblage dans les mécanismes complexes.
Conçus pour les environnements difficiles
La technologie Netzer a d’abord été développée pour l’aéronautique et les missions spatiales. Sa robustesse CEM/EMI constitue un véritable avantage dans les systèmes fortement intégrés, en particulier en robotique chirurgicale, où la stabilité du signal et l’immunité au bruit électrique sont essentielles.
Pour les environnements plus exigeants, l’offre comprend aussi les gammes VLP (environnements sévères), VLT (–55 °C à +125 °C), DS (encapsulés) et VLM (multi-tours).
La pièce manquante : un partenaire local qui connaît les constituants de vos robots
Le meilleur encodeur doit encore être choisi, testé, intégré et livré à temps. Depuis presque 30 ans, EMG2 propose des briques technologiques et des solutions électroniques innovantes : composants, modules, cartes et plateformes prêts à être configurés pour un déploiement rapide. Basés à Villebon-sur-Yvette (Courtabœuf), près de Paris, nous travaillons avec des fabricants internationaux reconnus et sommes l’interlocuteur technique et commercial unique de nos clients.
Netzer Precision fait partie de ces partenaires. En tant que distributeur à forte valeur ajoutée, nous vous aidons à choisir le bon modèle pour chaque articulation de votre robot, à obtenir rapidement des échantillons et du matériel d’évaluation, et nous vous accompagnons du prototype à la production en série de votre robot.
Un support technique local, de la sélection à la production
Notre rôle : transformer un catalogue en un robot qui fonctionne. Concrètement, EMG2 vous accompagne à chaque étape :
- Sélection : nous étudions le diamètre, la hauteur, le diamètre d’arbre creux, l’objectif de précision et l’environnement de l’articulation de votre robot, puis nous vous recommandons la gamme et le modèle Netzer adaptés.
- Évaluation : nous pouvons vous aider à mettre en place des échantillons et l’encodeur d’évaluation EVL de Netzer pour valider les performances sur votre propre banc.
- Intégration : notre équipe technique répond à vos questions de montage, de calibration et d’interface, en français et dans votre fuseau horaire, et fait appel aux ingénieurs Netzer si nécessaire.
- Production et suivi : suite à la réception de votre commande, nous assurons l’approvisionnement en encodeurs et restons disponibles pour répondre rapidement à vos questions terrain.
Au-delà du support produit, EMG2 propose aussi des services d’intégration système et de développement sur mesure, notamment en vision et IA, utiles lorsque l’encodeur n’est qu’une partie d’un système robotique plus large.
Un seul partenaire pour toute la chaîne de mouvement
Une articulation ne se résume pas à son retour de position. EMG2 couvrant toute la chaîne du mouvement et de l’électronique, vous pouvez vous procurer des briques compatibles auprès d’un seul partenaire et réduire le nombre d’interfaces à gérer.
| Domaine | Offre EMG2 pour la robotique |
|---|---|
| Moteurs | Moteurs pas à pas et hybrides, BLDC, moteurs couples frameless, micro-moteurs DC, actionneurs linéaires, boîtes de vitesse, conception sur mesure |
| Variateurs et asservissement | Contrôle moteur miniature jusqu’à 700 mW, cartes contrôleur jusqu’à 20 A, modules de 70 A et 135 A, contrôleurs sur mesure |
| Autres capteurs de position | Encodeurs linéaires absolus, dont têtes de lecture sans câble et micro-encodeurs linéaires capacitifs |
| Énergie | Unités de distribution d’énergie (PDU), disjoncteurs intelligents à semi-conducteurs, conversion d’énergie durcie DC-DC et AC-DC, batteries LFP |
| Vision et Edge AI | Caméras 3D et ToF, modules caméras, plateformes Edge AI |
| Systèmes embarqués | Cartes SBC, box PC, stockage de données, switchs Ethernet |
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Quel encodeur pour votre application ?
Parlez-nous de votre robot : dimensions de l’articulation, objectif de précision, environnement et volumes de production. Notre équipe vous recommandera l’encodeur Netzer adapté et les composants qui l’entourent.
Ou appelez-nous : +33 (0)1 69 59 14 31