Avancer le démontage des batteries EV avec la télérobotique

Avec l'augmentation des véhicules électriques (VE), de nombreuses batteries de VE arrivent en fin de vie. Ces batteries contiennent des matériaux précieux comme le lithium, le nickel et le cobalt. Du coup, il y a un intérêt croissant pour savoir comment jeter ces batteries en toute sécurité et efficacement. Démonter les batteries est une étape clé pour tester et trier leurs pièces pour réutilisation et récupérer des matériaux pour le recyclage. Cependant, ce processus se fait souvent à la main et demande beaucoup de compétences et d'attention.

Démonter les batteries de VE est risqué à cause des dangers potentiels liés à la chaleur et aux réactions chimiques dans les batteries. Même s'il y a eu des appels pour utiliser des robots pour aider au Démontage, les différents designs de batteries de VE compliquent l'automatisation du processus. Les robots actuels manquent souvent de la sensibilité et de l'habileté nécessaires pour gérer les différents designs de batteries, ce qui entraîne des préoccupations de sécurité.

Pour résoudre ces problèmes, une combinaison de robots et de travailleurs humains est en cours d'exploration. L'idée est de faire travailler ensemble les robots et les humains de manière étroite pour garantir la sécurité. Cependant, avoir des humains et des robots dans le même espace de travail pose des risques, surtout lorsqu'il s'agit de batteries endommagées qui peuvent se comporter de manière imprévisible lors du démontage.

Pour réduire ces risques, la télérobotique permet à un opérateur humain de contrôler un système robotique à distance. Les dispositifs haptiques, qui donnent du retour sur les forces et les mouvements, peuvent aider les opérateurs à réaliser des tâches avec plus de précision en contrôlant les robots. Pourtant, il y a des défis avec ces dispositifs, surtout en essayant de mapper les mouvements de l'opérateur au robot.

Cet article explore l'utilisation de la télérobotique pour démonter les batteries de VE, en se concentrant sur un modèle de batterie de Nissan Leaf 2011. Nous allons comparer différents systèmes robotiques, y compris l'utilisation de dispositifs haptiques et de robots collaboratifs identiques (Cobots), pour voir comment ils se comportent dans diverses tâches de démontage.

#Travaux Connexes

Les méthodes de démontage peuvent être classées en trois types : complètement manuel, complètement autonome et semi-autonome. En raison des dangers posés lors du démontage des batteries de VE, il y a plus de recherches axées sur les méthodes autonomes et semi-autonomes. Ces méthodes visent à rendre le démontage plus rapide en permettant aux robots d'effectuer des tâches répétitives avec l'aide de capteurs qui fournissent un retour visuel et tactile.

Les robots peuvent être programmés pour identifier les composants de la batterie et planifier leur démontage ; cependant, ils dépendent souvent fortement des données existantes. Si une batterie est endommagée ou déformée, les robots peuvent avoir du mal à identifier correctement les pièces ou peuvent nécessiter une aide manuelle pour terminer les tâches. Les designs actuels des batteries peuvent varier énormément entre différents fabricants, augmentant la complexité du démontage automatisé.

Récemment, il y a eu un focus sur la collaboration homme-robot (HRC) pour démonter des produits en fin de vie. Cette approche essaie de combiner la force et l'efficacité des robots avec la flexibilité et la capacité de résolution de problèmes des travailleurs humains. Bien que beaucoup de recherches dans la HRC aient montré des promesses, des problèmes comme la coordination des tâches entre les robots et les humains restent.

La télémanipulation a été utilisée dans d'autres industries, comme le secteur nucléaire, où la manipulation délicate est essentielle pour protéger les travailleurs humains. Des études sur la téléopération dans des environnements dangereux ont montré que l'utilisation de la télérobotique peut aider à réduire les risques pour les travailleurs humains. Cependant, les recherches précédentes n'ont pas entièrement exploré l'efficacité de l'utilisation de la télérobotique dans le contexte du démontage des batteries de VE.

#Configuration Expérimentale

Dans notre étude, nous avons utilisé le pack de batterie de Nissan Leaf 2011 comme étude de cas pour tester les tâches de démontage. Le pack de batteries a 192 cellules regroupées en 48 modules. Nous nous sommes concentrés sur quelques tâches clés comme dévisser, trier et couper.

Les expériences étaient configurées en utilisant deux systèmes robotiques différents. Le premier système utilisait un Dispositif haptique avec un cobot, tandis que le second système utilisait deux cobots identiques. Cette configuration nous a permis de comparer comment chaque système performait en termes de temps de réalisation de tâche et de taux de succès.

Pour chaque tâche, nous avons évalué l'efficacité des robots à terminer cette tâche, combien de temps cela a pris et combien d'aide chaque robot a apporté à l'opérateur. L'objectif était de voir quelle configuration permettait à l'opérateur d'effectuer les tâches de démontage plus rapidement et avec plus de succès.

#Tâches de Démontage

Nous avons identifié plusieurs tâches impliquées dans le démontage des modules de batterie, comme dévisser des fixations, enlever des plaques de couverture, trier des modules et couper.

#Dévisser des Fixations

La première tâche consistait à utiliser une clé à cliquet universelle motorisée pour dévisser un ensemble de fixations. L'opérateur devait aligner l'outil et l'utiliser pour retirer la fixation avec succès. Si le boulon pouvait être retiré à la main après la première tentative, la tâche était considérée comme réussie.

#Enlever des Fixations

Après le dévissage, l'opérateur devait ensuite retirer les fixations de l'ensemble de batteries. Cette tâche nécessitait une manœuvre soignée d'un pince pour saisir et soulever chaque boulon avant de le placer dans un conteneur.

#Enlever la Plaque de Couverture du Module

Cette tâche nécessitait que l'opérateur soulève la plaque de couverture de l'ensemble de modules. Le poids et la forme de la couverture signifiaient qu'il était essentiel de trouver un bon point de prise pour éviter de la laisser tomber lors de l'enlèvement.

#Trier des Modules

Dans cette tâche, l'opérateur utilisait un grappin à aspiration pour retirer des modules de l'ensemble de batteries et les placer dans un conteneur. Pour que cela fonctionne, l'opérateur devait positionner soigneusement le grappin et activer les ventouses sans dépasser les limites de force du robot.

#Découpe de Contact

Certaines tâches nécessitaient de couper des composants pour accéder aux cellules de la batterie intérieure. Dans cette étude, nous avons testé la découpe d'une feuille de carton pour simuler ce processus. L'opérateur devait appliquer la bonne force tout en s'assurant de rester sur le chemin de découpe marqué.

#Résultats

Une fois les tâches achevées, nous avons analysé les taux de succès globaux et le temps moyen qu'il a fallu pour compléter chaque tâche avec les deux configurations robotiques.

Les résultats ont montré que les deux plateformes ont réussi la plupart des tâches, bien que la configuration avec les cobots identiques ait offert un temps de réalisation plus rapide dans plusieurs d'entre elles. Notamment, les économies de temps pour les tâches utilisant les cobots identiques variaient de 22% à 57%. Bien qu'il y ait eu quelques différences dans les taux de succès pour des tâches spécifiques, les deux configurations ont démontré la capacité de démonter les modules efficacement.

#Comparaison des Performances

Pour dévisser et retirer des boulons, la configuration avec les cobots identiques a montré un taux de succès plus élevé que celle avec le dispositif haptique. En revanche, des tâches comme le tri et la découpe étaient mieux réalisées avec le dispositif haptique, car il permettait à l'opérateur de se sentir plus en contrôle malgré le temps supplémentaire pris.

De plus, la répartition des temps de réalisation pour chaque tâche a indiqué que la plupart des efforts ont été consacrés aux étapes de alignement fin, où la précision était essentielle. Lors de l'utilisation des cobots identiques, les opérateurs ont passé moins de temps sur les étapes de alignement fin, suggérant que la cartographie 1:1 et l'espace de travail partagé offraient des avantages significatifs.

#Discussion

Les résultats de cette étude indiquent que bien que les deux configurations robotiques puissent effectuer efficacement les tâches de démontage, la vitesse et l'efficacité de la réalisation des tâches peuvent varier considérablement entre les deux. La configuration avec les cobots identiques s'est avérée plus cohérente et rapide dans l'ensemble, reflétant les avantages d'avoir deux robots identiques travaillant en tandem.

Cependant, le dispositif haptique a toujours fourni des avantages dans certaines tâches grâce à sa capacité à un contrôle plus nuancé qui aidait les opérateurs à obtenir un meilleur alignement dans les situations nécessitant une application de force soigneuse.

Les résultats soulignent l'importance à la fois du retour de force et de la cartographie de position pour obtenir un contrôle efficace du robot lors des tâches de démontage. Alors que le réalisme du retour peut aider dans certaines tâches, la cohérence et la vitesse obtenues grâce à des cobots identiques étaient des avantages significatifs à ne pas négliger.

#Conclusion

Cette étude a démontré le potentiel d'utiliser la télérobotique dans le contexte du démontage des batteries de VE. La comparaison entre un dispositif haptique associé à un cobot et deux cobots identiques a mis en évidence les forces et les limites de chaque approche lors de la gestion de tâches complexes. Dans l'ensemble, les résultats suggèrent que bien que le retour haptique puisse améliorer certaines tâches, l'efficacité gagnée grâce à une cartographie 1:1 avec des robots identiques est cruciale pour accélérer le processus de démontage.

Les limitations de cette recherche relèvent principalement de la dépendance à un modèle de batterie spécifique et du niveau d'expérience des opérateurs impliqués dans les tests. Des travaux futurs devraient explorer une gamme plus large de designs de batteries et considérer la performance d'opérateurs moins expérimentés afin d'obtenir une compréhension plus complète de la performance de ces systèmes dans des conditions réelles.

En continuant à affiner et développer des systèmes robotiques pour le démontage de batteries, il sera possible d'améliorer les efforts de recyclage et de garantir que les matériaux précieux sont récupérés efficacement et en toute sécurité.