Comment un robot collaboratif détecte-t-il un contact?

Ce qui distingue un robot collaboratif d’un robot industriel, plus traditionnel, c’est le contact qu’il peut avoir avec l’homme. Les robots collaboratifs sont conçus de manière telle – tant physiquement que le système de commande – qu’un contact avec un individu ne génère pas de douleurs, comprenez de blessures.

La spécification technique ISO/TS 15066 est très explicite sur cet aspect des robots collaboratifs. Un des points de départ de cette norme est une étude réalisée par l’université de Mainz, où 100 participants ont été analysés quant à la force et à la pression qu’ils peuvent supporter sur différentes parties du corps sans générer de douleur.

Il revient aux fabricants de robots collaboratifs de veiller à ce que leurs machines n’outrepassent pas ces limites. Bien entendu, conformément à la Directive machines, il faut aussi réaliser une analyse des risques au niveau de l’application, une fois le robot mis en service.

Limiter la force et la pression

Diverses techniques sont utilisées par les fabricants de cobots pour garantir que la force et la pression lors d’un contact éventuel avec leur machine restent dans les limites des spécifications techniques.

Tout d’abord, un certain nombre de mesures passives sont intégrées dans les robots lors de leur conception.

La plupart des machines possèdent un revêtement souple et des coins arrondis. Grâce à ces ajustements, la force exercée lors d’un contact est répartie sur une plus grande surface, ce qui diminue la pression.

Le câblage intégré et un minimum d’ouvertures doivent éviter à un opérateur d’être coincé.

Une adaptation moins visible, mise en oeuvre dans certains robots collaboratifs, est l’utilisation d’actionneurs élastiques qui absorbent une partie de la force en cas de contact.

Une mesure évidente dans le cas des robots collaboratifs est l’abaissement de la vitesse pour limiter les forces exercées et les impulsions lors d’un contact. Des capteurs distincts peuvent éventuellement être placés pour détecter la proximité de personnes afin que le robot puisse adapter automatiquement sa vitesse au risque réel de contact.

Détection de collisions

Outre ce genre d’adaptations physiques, les robots collaboratifs ont cela en commun de détecter d’une manière ou d’une autre un contact qui se produit. Le robot s’arrête instantanément, et dans certains cas, il revient à son mouvement (réflexe) pour ne coincer personne.

Mais comment le robot sait-il qu’il y a un contact?

La méthode la plus utilisée consiste à placer des capteurs qui mesurent les forces exercées sur le robot. De tels capteurs sont aussi mis en œuvre dans les robots traditionnels pour obtenir un feedback des actions réalisées par le robot. Les robots collaboratifs sont généralement équipés de plusieurs capteurs de ce type afin que la force ou le moment puisse être mesurée selon plusieurs axes. Les capteurs de force utilisent à leur tour des capteurs de pression ou à jauge de contrainte pour générer un signal qui indique la force exercée sur le capteur. Comme alternative aux capteurs à jauge de contrainte, on utilise parfois des capteurs capacitifs qui délivrent aussi un signal indiquant le déplacement provoqué par une force appliquée.

Une alternative à l’utilisation de capteurs de force consiste à mesurer le courant qui est absorbé par les actionneurs dans le robot. Si un bras de robot est stoppé, le moteur va d’abord essayer de maintenir le mouvement en augmentant le couple. Ce qui entraîne une augmentation de la consommation d’énergie, qui peut être comprise par la commande du robot comme une conséquence d’un contact.

Dans certains cas, les cobots sont équipés d’un revêtement tactile pour détecter les contacts de manière plus directe. Un revêtement tactile peut fonctionner sur base d’une mesure résistive ou capacitive, analogue au fonctionnement d’un écran tactile.

Une analyse des risques détaillée

Quiconque a de l’expérience avec les robots collaboratifs sait que ces méthodes sont particulièrement effectives. Le moindre contact suffit à arrêter les machines, même dans le cas de forces qui sont inférieures à la capacité des cobots.

Lors de l’implémentation finale de robots collaboratifs, une analyse des risques détaillée s’avère néanmoins utile pour évaluer notamment le préhenseur et/ou les autres outils utilisés par le robot. Dans certaines applications, les pièces à usiner peuvent aussi constituer un risque supplémentaire. Par conséquent, il se pourrait que les vitesses et les forces du robot doivent être plus limitées pour garantir la sécurité globale de l’application.

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