En 2012, Amazon dépense 775 millions de dollars afin de s’approprier Kiva Systems, une société américaine dont les robots mobiles, œuvrant dans les entrepôts, apportent les étagères remplies d’articles aux postes de préparation des commandes. Le stock vient à l’humain, et non l’inverse. Le mastodonte de l’e-commerce, qui internalise cette technologie sous la marque Amazon Robotics en 2015, donne alors le ton : la robotique est une arme concurrentielle pour accélérer les livraisons, à une époque où le consommateur veut tout et tout de suite.
Dans la chaîne logistique, ces robots sont complémentaires des traditionnels convoyeurs, transstockeurs et automates de palettisation. Intégrés aux grands entrepôts par des acteurs historiques comme TGW, Knapp ou Schäfer, ces systèmes intralogistiques à haute cadence sont conçus pour l’entreposage et la livraison de masse ou, dit autrement, la commande en gros, prédominante aujourd’hui encore dans les circuits commerciaux B to B.
Flux plus unitaires, hétérogènes et individualisés
Mais l’explosion de l’e-commerce a aiguillonné la conception de dispositifs mieux adaptés au transport et à la préparation de flux plus unitaires, hétérogènes et individualisés. Une nouvelle organisation logistique à laquelle répondent les robots mobiles autonomes (ou AMR, pour autonomous mobile robots), ainsi que les robots de prélèvement (ou picking).
La décision stratégique d’Amazon a suscité de nombreuses initiatives en matière de robots mobiles. Née en 2013, l’entreprise française Scallog, tout en ciblant des filières plus variées (industrie, commerce, pharmaceutique…), a adopté une approche technique et opératoire semblable : les robots Boby soulèvent et transportent des étagères jusqu’aux préparateurs. « Équipés d’une caméra, ils se repèrent grâce à des bandes de guidage au sol, à la manière des AGV (automated guided vehicles ou véhicules à guidage automatique), explique le PDG, Olivier Rochet. Mais ils évoluent dans un environnement fermé à une vitesse de 1,5 mètre par seconde. »
La coordination plus importante que la vitesse pure
Cette offre est représentative du mode de fonctionnement « goods-to-person » dans lequel les robots, circulant par dizaines ou centaines dans un espace séparé des humains, peuvent rouler à une allure de plusieurs mètres par seconde. « Mais la capacité de la flotte à se coordonner, grâce à un reroutage permanent, importe davantage que la vitesse, souligne Olivier Rochet. Le gestionnaire doit être efficace. »
Celui-ci, transmettant les ordres de mission aux robots et calculant les trajectoires nominales, s’interface avec le WCS (warehouse control system), un « orchestrateur » dont l’IA optimise le séquencement des commandes réceptionnées par le logiciel de gestion d’entrepôt. Outre les robots et ces composantes logicielles, Scallog fournit les étagères spécifiques et les postes de travail, où des pointeurs lumineux aident les opérateurs à prélever et déposer les références d’articles commandées. Selon Olivier Rochet, la productivité peut être triplée, et le gain de surface dans l’entrepôt se situe entre 25 et 30 %. Les offres du chinois Quicktron et de l’indien GreyOrange sont équivalentes.
« Deux fois plus de commandes sont traitées par heure »
Daniel Boughanim, président de Polyflame
« Polyflame est le premier importateur européen dans le métier de la flamme (briquets, briquets utilitaires, allumettes…) et des accessoires pour fumeur. La préparation de commandes a été industrialisée pour deux raisons : l’augmentation de la charge de travail, due au regroupement de nos activités logistiques dans un seul entrepôt de 9 000 m2 à Croissy-Beaubourg (Seine-et-Marne), et la part croissante des livraisons aux magasins de détail et aux places de marché, qui impose un recours intensif au picking. Depuis octobre, huit robots Scallog circulent parmi une centaine d’étagères et desservent deux postes de prélèvement par les opérateurs. Les coûts logistiques devraient baisser de 10 %, le taux d’erreur est presque nul, grâce aux guides lumineux notamment, et plus de 100 lignes de commandes sont traitées par heure, au lieu d’une quarantaine précédemment. Notre investissement d’un montant total de 500 000 euros sera rentabilisé en moins de trois ans. »
Lidar et ICP-SLAM pour les skypods d'Exotec
Fondée en 2015, la société française Exotec propose elle aussi un système goods-to-person intégré et centralisé, avec une dimension supplémentaire cependant : les robots Skypod se déplacent dans les trois dimensions. « Les entrepôts se rapprochent des centres-villes, où la superficie se raréfie, justifie Renaud Heitz, le directeur technique d’Exotec. L’objectif est de livrer plus vite et de raccourcir les transports, ce qui est un enjeu écologique. »
Chaque Skypod, bénéficiant d’un mécanisme de chaînes et de pignons breveté, grimpe sur les rayonnages jusqu’à une hauteur de 12 mètres. Le bac contenant les articles est récupéré grâce à une fourche télescopique. Ce dispositif évoque les navettes automatisées (« shuttles ») généralement consacrées à l’entreposage de palettes, voire les robots d’AutoStore, qui roulent sur des rails au-dessus d’un empilement de bacs densifiant le stockage.
La différence est que les robots Skypod se meuvent également sur le sol afin de rejoindre les postes de travail des opérateurs. « Ils se localisent grâce à leur lidar et à un algorithme ICP-SLAM [iterative closest point – simultaneous localization and mapping, ou localisation par comparaison de nuages de points, ndlr], indique Renaud Heitz. La carte est construite automatiquement durant la phase projet. Ensuite, un algorithme MPC (model predictive control) permet aux robots de modéliser leur comportement cinématique pour aller le plus vite possible vers leur objectif. » Le logiciel central Astar calcule les trajectoires nominales et les modifie en cas d’imprévu.
L'autonomie encore dans le domaine de la recherche
Ces robots, obéissant à une intelligence centralisée et réclamant leur propre infrastructure isolée des opérateurs, sont-ils autonomes ? Pour Christophe Sabourin, enseignant-chercheur à l’université de Paris-Est Créteil, ce n’est vrai que si « le robot s’adapte à un entrepôt quelconque ». Les plateformes mobiles de iFollow, MiR ou encore Omron, naviguant parmi les opérateurs dans un environnement non modifié, possèdent ce degré d’indépendance. Un exemple a été donné dernièrement avec un robot MiR500 évacuant les palettes vides d’un centre de distribution d’Ikea en Pologne. Cependant, les cadences, les volumes transportés et le nombre de robots impliqués ne sont pas du tout comparables.
« Déplacer une flotte de robots collaboratifs au milieu d’êtres humains appartient encore au domaine de la recherche », confie Michel Taïx, enseignant-chercheur au Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (Laas) du CNRS à Toulouse (Haute-Garonne). Difficile de modéliser le comportement parfois imprévisible des humains ou le mouvement de multiples systèmes robotiques, en raison de la variété des paramètres à traiter (rayons de giration, moteurs…). Par ailleurs, le compromis entre vitesse des robots et sécurité des humains n’est pas encore trouvé.
« D’où un lien très fort depuis quelques années entre la robotique et les techniques algorithmiques d’optimisation pour trouver des solutions à ces problèmes non linéaires et à grandes dimensions, qui doivent être résolus presque en temps réel », poursuit Michel Taïx. Concernant le « cerveau » logiciel, l’architecture centralisée est plus simple à mettre en œuvre, mais peut être « étranglée » quand toutes les données convergent en un seul point. Une intelligence distribuée n’a pas cet inconvénient, mais le résultat final peut s’éloigner de ce qui est prévu. La solution se trouve entre les deux.
Le défi de la préhension
Le robot de picking, typiquement un bras polyarticulé couplé à de la vision machine, s’est développé en même temps que l’AMR. Exotec vient de lancer le sien, Skypicker, tandis que le Stretch de Boston Dynamics a été officialisé en 2021. Le principe a déjà une vingtaine d’années mais, à l’époque, « le traitement informatique pour analyser le contenu d’un bac prenait deux à trois minutes », se souvient Patrick Teissier, le directeur commercial de TGW pour l’Europe du Sud. La puissance de calcul n’est plus problématique et l’identification d’articles en vrac progresse avec le concours du machine learning.
Toutefois, aucun préhenseur n’est aussi universel et habile qu’une main, pas à un stade industriel en tout cas. Divers mécanismes sont parfois combinés – ventouses, pinces… – et l’algorithme sélectionne la bonne stratégie en fonction de l’article. Voilà probablement un débouché pour les préhenseurs déformables, qui font l’objet de travaux de recherche.
Simplifier la mise en œuvre est une question aussi importante et pourrait passer par la planification de haut niveau, un domaine suscitant de nombreuses publications scientifiques. « En fonction de la tâche à réaliser, le système décide des actions de chaque sous-système robotique, détaille Michel Taïx. Les actions élémentaires ne sont plus programmées et s’automatisent. Il en résulte un gain de temps, d’argent et d’agilité. »
Autre piste : le robot operating system (ROS), dont la deuxième version est attendue dans quelques années. Le ROS promet notamment d’améliorer l’interopérabilité entre robots de marques et de natures différentes. L’objectif est que les clients ne soient pas liés à un fournisseur particulier. Le cheminement est logique, mais les offreurs de solutions intégrées, ne maîtrisant plus la conception et la maintenance de bout en bout, ne le suivront pas de gaieté de cœur. c
Trois automates pour fluidifier la gestion des stocks
Skypod, le roi de la grimpe
Le robot d’Exotec est capable de se déplacer aussi bien au sol qu’à la verticale (jusqu’à 12 m de hauteur), à une vitesse de 4 m/s. Il peut transporter une charge de 30 kg et se localise grâce à un lidar. Fontionnant en flotte, il fait partie d’un système complet « goods-to-person », incluant des rayonnages, des bacs de 400 x 600 mm (un quart de palette), des stations pour les opérateurs et le logiciel de contrôle centralisé Astar.
Boby, jusqu’à 600 kg sur les épaules
Produit par Scallog, le robot Boby se consacre au transport des étagères spécifiques jusqu’aux opérateurs. Il peut soulever une charge maximale de 600 kg. À vide, sa vitesse atteint 1,5 m/s (1,2 m/s en charge). La navigation est possible grâce à un capteur optique suivant des bandes de guidage au sol. L’autonomie est de 14 h et la recharge s’effectue automatiquement, en période d’inactivité.
Stretch, décharger à tour de bras
Doté de sept degrés de liberté, le bras articulé de Boston Dynamics se déplace grâce à une base mobile de la taille d’une palette. Muni d’un préhenseur avec de larges ventouses, il décharge les palettes ou les remorques de leurs cartons, à une cadence maximale de 800 cartons par heure. La reconnaissance d’objets se fonde sur l’algorithme de vision machine de Kinema Systems, société acquise en 2019.
