Jeu mécanique des articulations robot : mesurer et agir

Un robot qui laisse une double marque en soudure, qui montre un saut au point lorsqu'on inverse le sens d'un axe, ou dont le TCP dérive de quelques dixièmes uniquement sur certaines trajectoires, présente généralement un jeu mécanique dans une articulation, et non un problème de programme. Le jeu (backlash) est le mouvement libre entre l'entrée et la sortie de la transmission avant que la charge ne réponde. Un robot neuf en a très peu ; avec les heures et l'usure, il augmente jusqu'à devenir visible sur la pièce.

L'erreur la plus coûteuse commise en atelier est de confondre le jeu avec un défaut de calibration et de réapprendre le TCP pour « compenser ». Ça ne compense pas : le jeu est variable —il dépend du sens de marche et de la charge— et chaque réapprentissage masque le symptôme quelques semaines pendant que le réducteur continue de s'ouvrir. Quand la vibration ou le bruit finit par apparaître, c'est déjà un remplacement de réducteur en urgence.

Distinguer le jeu d'une perte de calibration

Les deux provoquent une déviation au point mais se comportent différemment :

• Perte de calibration : l'erreur est constante et répétable. Le robot arrive toujours au même mauvais endroit, quel que soit le sens d'arrivée. Se corrige par mastering.
• Jeu : l'erreur change selon le sens d'approche. Apprenez un point en approchant par la droite puis par la gauche : il tombe à deux endroits différents. Ce « saut » à l'inversion est la signature du jeu.

Avant de toucher à quoi que ce soit, vérifiez la répétabilité : envoyez le robot au même point 10 fois depuis la même direction. S'il répète bien, ce n'est pas un jeu de position statique ; le problème apparaît en dynamique ou à l'inversion. S'il ne répète pas même depuis la même direction, suspectez le codeur ou une fixation desserrée.

Causes par ordre de fréquence

1. Usure du réducteur (harmonic drive ou RV/cycloïdal). C'est la cause n°1 sur les robots à fort kilométrage. Le jeu angulaire augmente progressivement et touche d'abord les axes qui déplacent le plus de couple (axes 1, 2 et 3).
2. Visserie de fixation desserrée : ancrage moteur, bride du réducteur ou vis du poignet. Donne un jeu soudain, pas progressif, et parfois un bruit métallique sec.
3. Roulements d'axe usés : ajoutent un jeu radial surtout perceptible bras étendu et en charge.
4. Accouplement moteur-réducteur : clavette ou douille avec jeu. Moins courant mais symptômes identiques au réducteur.
5. Précharge perdue dans la transmission : sur certains modèles elle est réglable et se perd avec l'usage.

Comment mesurer le jeu axe par axe

Il vous faut un comparateur à cadran (0,01 mm) sur base magnétique. La procédure, robot en mode manuel à vitesse réduite :

1. Placez la base magnétique sur une partie fixe de la structure et la pointe du comparateur contre le bras de l'axe à mesurer, le plus loin possible du centre de rotation pour amplifier la lecture.
2. Mettez l'axe sous tension (moteurs ON, robot à l'arrêt). Mettez le comparateur à zéro.
3. Poussez manuellement le bras dans un sens de rotation avec une force modérée et constante (sans forcer) et notez la lecture. Relâchez et poussez dans l'autre sens. La différence entre les deux extrêmes est le jeu total rapporté à ce rayon.
4. Convertissez en degrés si vous voulez : divisez le déplacement mesuré par le rayon pour obtenir le jeu angulaire. Comparez à l'historique du robot lui-même, pas à un chiffre absolu.
5. Répétez axe par axe. Documentez chaque valeur pour établir une base et détecter la tendance lors des révisions suivantes.

L'important n'est pas la valeur ponctuelle mais l'évolution : un axe qui a doublé son jeu en six mois vous avertit que le réducteur entre en zone de remplacement avant que la panne ne survienne en production.

Astuces pour localiser l'origine dans l'axe

Comparateur toujours monté, bougez à la main et écoutez/palpez :

• Si vous sentez un « clac » sec avant le mouvement doux → visserie ou accouplement avec jeu. Vérifiez les serrages.
• Si le mouvement est progressif et élastique → typique du réducteur (le flexspline du harmonic drive « cède » avant d'entraîner).
• Si le jeu change beaucoup en variant l'extension du bras → suspectez un roulement.

Signaux d'alerte imposant l'arrêt

• Bruit métallique ou cognement synchronisé avec le mouvement d'un axe précis.
• Vibration croissante qui fait aussi grimper la température du moteur de l'axe.
• Apparition de particules métalliques dans l'huile du réducteur lors de la vidange.
• Le robot ne tient plus la répétabilité même en réapprenant le TCP.

Si bruit + vibration + particules coïncident, arrêtez la production : le réducteur peut casser entièrement et entraîner le codeur ou le moteur, multipliant le coût. À ce stade, optez pour un diagnostic correctif et planifiez le remplacement du réducteur avant l'arrêt d'urgence.

Erreurs courantes en atelier

• Réapprendre le TCP à répétition pour « corriger » un saut qui est du jeu. Ça ne fait que masquer et retarder la vraie réparation.
• Mesurer le jeu moteurs éteints : les freins et l'inertie faussent la lecture. Mesurez moteurs ON.
• Serrer la visserie « à l'œil » sans couple : vous pouvez déformer des brides ou dépasser. Utilisez le couple constructeur.
• Remplacer le réducteur sans vérifier roulements et accouplement du même axe : si le jeu venait d'ailleurs, le problème revient.

Quand appeler un spécialiste

Mesurer le jeu et vérifier les serrages est à la portée d'une équipe de maintenance avec un comparateur. Le remplacement d'un réducteur ou de roulements d'axe —démontage du bras, gestion de la précharge, remastering et remplissage d'huile— est une autre affaire : il faut de l'outillage, un contrôle du couple et une recalibration ensuite. Si le jeu augmente et affecte déjà la pièce, appuyez-vous sur un plan préventif avec suivi des jeux et ayez la pièce ou l'échange du réducteur repérée pour ne pas dépendre des délais usine.