Analyse de risques pour les cobots selon TS 15066

La plupart des robots collaboratifs ont peut-être l’air sympathique, mais pour pouvoir les faire travailler en toute sécurité, ils doivent satisfaire à toute une série de conditions. La spécification technique ISO/TS 15066 fournit des directives concrètes aux fabricants, aux intégrateurs et aux utilisateurs.

Les robots collaboratifs sont souvent décrits comme des robots qui n’ont pas besoin de grillages de sécurité. Ils sont conçus pour travailler avec l’homme, ce qui suppose de partager le même espace et donc de ne pas être séparé. Lors de la conception de ces robots, il est aussi tenu compte du fait qu’un contact physique peut avoir lieu avec l’homme. Tout ce que cela implique en termes techniques est défini dans la norme ISO/TS 15066.

La spécification technique fait office de complément aux normes ISO 102181 et ISO 102182, lesquelles considèrent les ‘Safety Requirements for Industrial Robots’. Ces normes ISO sont bien entendu aussi d’application pour les cobots utilisés dans des environnements de production industrielle. Dans les normes ISO de 2010, on se référait déjà au principe de ‘collaboration’ mais le concept n’était alors pas assez élaboré pour être traité concrètement.

Contact entre l’homme et la machine

Avant d’esquisser le contexte de la TS 15066, il est bon de souligner que la collaboration avec des robots n’est pas exclusivement réservée aux robots collaboratifs. Il y a des tas de situations où les robots et les hommes naviguent dans les mêmes eaux, par exemple dans les stations de transfert où des pièces sont d’abord préparées par l’opérateur avant d’être prélevées par un robot.

Dans ce type de situation, la sécurité est généralement garantie par l’application de barrières immatérielles de sécurité et/ou de scanners laser qui permettent au robot de s’arrêter avant que l’opérateur ne pénètre dans sa zone. L’homme et la machine ne sont donc pas toujours séparés physiquement. Dans ce type d’application, l’instrumentation de sécurité veille à ce qu’il n’y ait aucun contact entre les deux.

L’idée des robots collaboratifs est que l’homme et la machine aient un contact. La sécurité n’est donc plus axée sur l’exclusion de collisions mais il faut veiller à ce que l’homme ne puisse pas être blessé.

La spécification technique TS 15066 se focalise précisément sur cet aspect en traduisant ce principe dans la limitation des forces et des vitesses que peuvent développer les cobots.

La force et la pression ne dépassent jamais les seuils autorisés

Le point de départ de la TS 15066 est une recherche scientifique qui a été menée pour déterminer la force et la pression que l’homme peut supporter sans générer de douleur lors d’un contact.

Dans le cas d’un contact quasi statique, la force s’élève par exemple à 140 N dans la région thoracique. Si on se penche sur la pression pouvant être exercée, la situation diffère pour le sternum et les muscles pectoraux, avec respectivement 120 N/cm2 et 170 N/cm2.

La spécification technique avance de tels seuils pour 29 parties du corps.

Lors de la conception de robots collaboratifs, on veille à ce que la force et la pression ne dépassent jamais ces seuils. L’article Comment un robot collaboratif détecte-t-il un contact? donne un aperçu de quelques mesures spécifiques qui sont prises en compte. Pour limiter l’impact en cas de contact, la spécification pose aussi des limites aux vitesses autorisées.

Néanmoins, la sécurisation d’une application intégrant un robot collaboratif va plus loin. Une fois un cobot équipé d’un préhenseur ou d’un autre outil, des risques supplémentaires apparaissent qui doivent être analysés. Cela vaut également pour les facteurs ambiants et les produits traités.

Dans le cas d’un robot classique, le grillage ne sert pas uniquement à éloigner l’homme. La protection physique doit par exemple être capable de retenir une charge si celle-ci est accidentellement éjectée par le robot. De telles situations pourraient aussi se produire avec un cobot, et elles doivent donc être spécifiées dans l’analyse des risques.

Mêmes principes pour les outils

Pour vérifier les forces et les pressions pouvant être exercées par un robot collaboratif dans une application réelle, Pilz a développé son système de mesure PROBms. Celui-ci contient un ressort avec des capteurs que le cobot et les outils peuvent comprimer pour mesurer les forces. L’utilisation de films spéciaux permet aussi d’analyser localement les pressions exercées. Pour chaque côté d’un préhenseur, on peut ainsi observer la quantité de pression exercée en cas de contact. Le cobot peut lui aussi être analysé, en tenant compte de la programmation spécifique pour une application donnée.

Dans la pratique, l’art consiste à appliquer sur les préhenseurs et éventuellement d’autres outils, les mêmes principes que pour le robot. Il existe ainsi des préhenseurs pour un usage sur des robots collaboratifs qui, à l’instar des robots, sont équipés de coins arrondis afin que la force exercée soit répartie sur une plus grande surface. Par ailleurs, un revêtement souple est capable d’absorber une partie de la force lors d’un contact.

Schunk a remporté en 2017 à la Foire de Hanove l’Hermes award avec son co-act JL1 – un préhenseur équipé, outre de ce type d’adaptations, de capteurs capables de détecter un opérateur qui s’approche et le touche. A l’instar du cobot, l’action peut consister à stopper le mouvement. Le préhenseur, avec ses LEDs et son écran graphique, représente en plus une interface intuitive entre l’utilisateur et la machine.

Faire travailler le cobot plus rapidement

Si toutes ces adaptations sont prévues pour rendre les cobots intrinsèquement sûrs afin qu’une protection – physique à l’aide de capteurs et de scanners – soit évitée, une telle sécurité peut néanmoins être appropriée. Cela permet au cobot de se libérer de ses restrictions de vitesses tant qu’il n’y a personne à proximité – une mesure qui peut augmenter considérablement la productivité.

Tout dépend bien entendu du choix de l’application car si la collaboration est essentielle dans le choix d’un cobot, un opérateur devra de facto toujours se trouver à proximité. C’est différent si les cobots sont choisis pour leur flexibilité et leur simplicité de programmation. Il peut alors être opportun de considérer la machine comme un robot industriel et de l’équiper de scanners et d’une protection afin de la laisser travailler à une vitesse maximale.

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