Robots collaboratifs

Alors que l’I.A. se développe à une vitesse sans précédent, de nombreuses révolutions plus ou moins silencieuses jaillissent de son sillage. Alors que la programmation a permis à l’Homme de donner des commandes précises aux machines, avec l’avènement des l’intelligences artificielles, les machines robotisées pourraient devenir et deviennent déjà dans de nombreux cas plus indépendantes.

Tout au long de cet article, nous allons nous pencher sur les robots industriels coopératifs pouvant être intégrer dans une chaine de production ou de distribution où ces automates doivent régulièrement partager des zones de travail avec des humains. Les robots médicaux, ménagers, miniature ou destinés à une autre application que l’industrie ne seront pas traités ici.

CADRE LEGISLATIF ET NORMATIF

La directive 2006/42/EC sur les machines décrit les exigences essentielles en matière de sécurité et de santé pour les machines. Le règlement 2023/1230/EC remplaçant la directive et dont les exigences sont obligatoires au niveau européen, définit clairement les performances attendues des machines disposant d’un certain niveau d’autonomie adaptative (e.g., les robots).

Ces deux actes législatifs sont accompagnés d’une liste de normes harmonisées conférants une présomption de conformité si suivies diligemment. Les principales étant :

• ISO 10218-1 Robots et dispositifs robotiques — Exigences de sécurité pour les robots industriels — Partie 1: Robots

• ISO 10218-2 Robots et dispositifs robotiques - Exigences de sécurité pour les robots industriels - Partie 2: Systèmes robots et intégration

  
  

Citant les normes ISO 13849-1 et ISO 13850-1, respectivement sur les fonctions de sécurité et les arrêts d’urgences, la série ISO 10218 a des lacunes quant aux robots industriels conçus pour la collaboration avec des humains.

En effet, les robots prennent de plus en plus d’importance dans les chaînes de productions qui ne cessent de se sophistiquer. De plus en plus, les robots effectuent des tâches complémentaires à celles des travailleurs humains. Comment faire en sorte que les zones de travail communes soient sans risque pour le personnel ; que les robots « n’empiètent » pas sur les platebandes des humains ; qu’aucun conflit ne soit généré ?

Afin de répondre à cette question et de pallier les problèmes que cela pourrait engendrer, une nouvelle spécification technique robot fût émise pour compléter les deux précédentes :

• La spécification technique ISO 15066, Robots et dispositifs robotiques — Robots coopératifs

Identifier les normes adaptées à un système n’est qu’un début pour s’aligner sur les exigences essentielles de santé et de sécurité prescrites par la directive/le règlement machine. Même les normes produits les plus spécifiques ne peuvent pas être simplement suivies à la lettre sans appréciation particulière propre à la machine inspectée, mais doivent être interprétées au cas-par-cas.

IDENTIFIER ET MITIGER LES RISQUES DE FAÇON ADAPTÉE

Qui dit proximité d’un danger, dit analyse de risque et pour chaque risque identifié une mesure de protection spécifique doit être définie et dans tous les cas, la meilleure mesure corrective est la suppression pure et simple du danger.

Malheureusement, les risques liés aux robots coopératifs, par définition, ne peuvent pas être entièrement mitigés car il restera toujours une zone d’interaction potentielle entre la machine et l’opérateur. Si c’est un défi d’un point de vue sécuritaire, la possibilité d’interagir avec des travailleurs humains et, de loin un avantage en termes de productivité.

Alors que la série de normes ISO 10218 exige l’addition d’un blocage pour tous modes opératoires où un humain s’approche de trop près de la machine, notamment durant maintenance, l’ISO 15066 recommande un contrôle accru de la vitesse et des distances des robots, ainsi que la limitation de certaines de leurs performances.

Les robots collaboratifs peuvent se passer de barrière ou de protections telles que les rideaux lumineux en appliquant la fonction de limitation de la force et de la puissance (power and force limiting – PFL).

Décrit dans la spécification technique ISO 15066, les fonctions de limitation de force et de puissance comprennent :

• Le guidage à main,

• Les arrêts de sécurité,

• Le contrôle de la vitesse et de la séparation (distance), et, naturellement,

• La limitation de la force et de la puissance.

Toutes ces valeurs sont fixées sur la base des limites biomécaniques du corps humain. Les force et les pressions que peuvent subir les opérateurs dépendent de type de protection

• Si elle est active, des capteurs de pression, de moment de force, de vitesse ou de distance préviennent le robot qu’un contact imminent ou en cours peut potentiellement blesser l’opérateur. Les mesures doivent être faites avec des capteurs spécifiques ayant une fréquence d’échantillonnage ≥ 1 kHz pour permettre une intervention rapide en cas de danger imminent.

• Si elle est passive, les pinces élastiques, le rembourrage, la forme du robot ou tout autre instrument impliqué dans le procédé sont conçu pour ne pas blesser l’opérateur outre-mesure.

EXIGENCES ET CERTIFICATION POUR LES ROBOTS COOPÉRATIFS

En raison des risques élevés dus à leur proximité aux humains, les robots coopératifs doivent répondre à des exigences accrues en termes de contrôle de leurs paramètres. Ainsi, ils doivent rigoureusement surveiller la force et le couple qu’ils exercent, ainsi que leur vitesse et position relatives aux humains et se mettre en mode sûr pour tout opérateur lorsque des limites strictes sont dépassées. Ainsi, la catégorie minimale pour les fonctions de sécurités des robots industriels, y compris coopératifs, est selon, l’ISO 13849-1, la catégorie 3/PL d.

Parallèlement, il est recommandé de concevoir les robots avec des éléments légers sans angles afin de réduire l’inertie et les risque d’écrasement/cisaillement, de concevoir des zones de travail évitant tout contact potentiel avec la tête et le cou et d’adopter des mesures comme le rembourrage, les contours plats, les limites de mouvements doivent être mises en œuvre.

Finalement, toutes les normes citées indiquent que des inspections récurrentes sont de mise. Après chaque modification, usure ou incidents, les évaluations de risques doivent être actualisées ou mises à jour en fonction des nouvelles informations. Des tests fonctionnels ainsi que des mesures de forces sont également requises annuellement.

Bien qu’il est tout à fait possible de certifier sa machine avec robot coopératif, procéder aux tests exigés par les normes, directives et règlements en vigueurs, faire une analyse de risque en bonne et dues forme, réunir la documentation correcte, s’assurer que les marquages sont adéquats, que les dossiers techniques soient rigoureusement remplis et échafauder une déclaration de conformité juste peut se révélé être une tâche dantesque, qui, si pas en ressources coûtent chers en cheveux blanc aux fabricant se lançant seuls dans cette entreprise. Voilà pourquoi faire appel à des expert déjà formés et familier avec ces nombreux procédés, tel que Säfeli Sàrl, est avantageux en termes de coûts et de temps.

CONCLUSION

À l’ère où l’industrie 4.0 redéfinit les chaînes de production, les robots collaboratifs s’imposent comme un levier de performance incontournable, à condition qu’ils soient intégrés dans un cadre rigoureusement sécurisé. La coexistence homme-machine, bien que prometteuse, exige un respect strict des exigences réglementaires, normatives et techniques pour garantir la sécurité des opérateurs tout en conservant les avantages en matière de productivité.

Loin de remplacer l’humain, ces robots visent à l’assister intelligemment dans ses tâches, en assurant une interaction fluide et sécurisée. Toutefois, la complexité des processus d’évaluation des risques, de conformité réglementaire, de documentation et d’inspection souligne l’importance de s’entourer de compétences spécialisées. En ce sens, faire appel à des experts comme Säfeli permet d’aborder cette transformation technologique avec sérénité, efficacité et conformité.

Les robots collaboratifs ne sont pas seulement des outils : ce sont les partenaires de demain dans l’atelier de l’industrie du futur.

FAQ

Qu’est-ce qu’un robot collaboratif (cobot) ?

Un robot collaboratif, ou cobot, est un robot conçu pour interagir directement avec des humains dans un espace partagé, sans barrières physiques. Contrairement aux robots industriels classiques, il est capable de s’arrêter, ralentir ou ajuster sa force pour éviter les blessures en cas de contact.

Les robots collaboratifs doivent-ils être certifiés CE ?

Oui, comme tout équipement mis sur le marché en Europe, les robots collaboratifs doivent être conformes à la directive Machines 2006/42/CE (ou au Règlement Machines (UE) 2023/1230 à partir de 2027). La marque CE atteste que le cobot respecte les exigences essentielles de sécurité. Le fabricant doit aussi rédiger une analyse de risque, une déclaration de conformité, et fournir un manuel d’instructions.

Quelles sont les normes à respecter pour un robot collaboratif ?

Les principales normes applicables sont :

• ISO 10218-1 / 10218-2 : sécurité des robots industriels,

• ISO/TS 15066 : collaboration homme-robot (forces, vitesses, scénarios de contact),

• ISO 12100 : évaluation des risques,

• ISO 13849-1 ou IEC 62061 : sécurité des systèmes de commande.

  Ces normes sont essentielles pour prouver la conformité CE du robot.

Quelles sont les méthodes de collaboration autorisées entre un robot et un humain ?

Il existe quatre modes de collaboration reconnus par les normes :

1. Arrêt du robot lors de l’entrée de l’humain (safety-rated monitored stop),

2. Guidage manuel du robot (hand guiding),

3. Limitation de puissance et de force (Power and Force Limiting – PFL),

4. Surveillance de la distance et de la vitesse (Speed and Separation Monitoring – SSM).

   Chaque mode doit être validé avec une analyse de risque spécifique.

Comment prouver qu’un cobot est sûr ?

La sécurité d’un cobot repose sur plusieurs éléments :

• Une analyse de risque détaillée (ISO 12100),

• Des tests de contact selon ISO/TS 15066 (forces/pressions acceptables),

• Un système de commande conforme à ISO 13849-1 ou IEC 62061,

• L’intégration dans un environnement sécurisé avec, si besoin, des capteurs, des scanners laser, ou des dispositifs d’arrêt d’urgence.

• Un dossier technique selon la directive machine avec les rapports des normes appliquées