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03/09/2018 - MICHIEL DE MYLLE

UN COBOT SECURISANT NE SIGNIFIE PAS EN SOI UNE APPLICATION SECURISANTE

La sécurité effective ne se programme pas, mais doit être mesurée

Au milieu du printemps, Pilz et Sirris ont organisé dans le Sirris Smart & Digital Factory Application Lab à Courtrai un séminaire sur la sécurité technique normalisée des cellules de travail hybrides, dans lesquelles l'opérateur collabore avec des robots collaboratifs. La conclusion principale mise en avant est que les cobots sont vendus comme étant bel et bien sécurisants, mais que ceci ne signifie pas en soi que la sécurité de l'application dont ils font partie, est garantie. En cas d'accident éventuel, vous pouvez en tout cas regarder en direction de l'intégrateur.

 

PAS DE NORMES SPECIFIQUES SUR LA HRC

Lorsque les modèles de robot collaboratif sont progressivement sortis de chaîne au début du changement de siècle, les normes de sécurité de l'époque sur les robots spécifiaient peu de choses, voire rien, sur la collaboration entre l'homme et le robot (Human Robot Collaboration - HRC). Personne ne savait quelles valeurs de force et de pression maximales appliquer pour éviter que d'éventuelles collisions entre le cobot et le travailleur entraînent des lésions. Par réflexe, les fabricants de robots et les intégrateurs ont choisi de jouer la sécurité. Tous les concepts de cobot développés exigeaient l'approbation d'une partie tierce - en général une instance publique, mais dans certains cas d'un organe d'assurance - pour limiter la responsabilité. Même avec les cobots certifiés, les critères d'évaluation étaient dans bien des cas situationnels et peu spécifiques.

 

LA SPECIFICATION TECHNIQUE COMME MESURE PROVISOIRE

Par manque de norme exacte sur la sécurisation des cellules de travail hybrides, l'Organisation Internationale pour la Standardisation a publié en 2016 la spécification technique ISO/TS15066. Celle-ci complète les exigences sécuritaires existantes relatives aux robots industriels d'une part et aux systèmes robotiques et leur intégration d'autre part (respectivement reprises dans les normes CISO 10218-1et ISO 10218‑2).

 

ISO/TS15066
Dans la spécification technique ISO/TS15066, les valeurs limites biomécaniques pour la pression et la force sont répertoriées selon l’endroit sur le corps

 

 

 

Limitation de puissance et force

Au fil des années, les fabricants de robots ont déjà intégré certaines fonctions sécuritaires dans la commande du robot telles que safe torque off (STO), commande deux mains, position sûre, … Mais avec l'arrivée des cobots, de nouvelles normes de sécurité s'imposaient. L'une des idées centrales derrière l'ISO/TS 15066 est que, dans les applications autorisant le contact entre robots et individus et où se produit un contact fortuit, ceci ne peut pas entraîner des douleurs ou lésions. D'où l'introduction d'une limitation de puissance et de force (Power and Force Limiting - PLF). Alors que les critères traditionnellement adoptés dans l'évaluation des risques étaient la perte de membres ou de la vie, on quantifie donc pour la première fois les limites de douleur humaine. Celles-ci dépendent de l'endroit et du mode de contact.

 

Contact quasi-statique et transitoire

On distingue deux types de contact: le contact quasi-statique et le contact transitoire (impact libre). Il est question d'un contact quasi-statique quand un robot peut coincer une partie du corps pendant un délai assez long et exerce une force et une pression durant tout ce délai. Un contact transitoire, par exemple, est un bref contact (< 50 ms) entre le robot et une partie du corps, en vertu duquel la partie du corps reste libre, et la force de contact dépend de l'inertie du robot, de la personne et de la vitesse relative entre le robot et la personne. L'ISO/TS15066 fixe dans un tableau (voir page suivante) les valeurs pour la force et la pression maximales admises par zone corporelle, en fonction de la forme du contact. On part du fait que certaines zones corporelles sont en général plus sensibles aux collisions. Concrètement: plus la partie du corps est sensible, plus la valeur maximale admise est basse. Dans le cas d'un contact quasi-statique, la valeur de force maximale la plus basse concerne le muscle de la mâchoire (65 N), la tempe et le milieu du front (tous deux 130 N), et la plus élevée vise le muscle de la cuisse et la rotule (220 N). Pour la pression maximale, il s'agit respectivement de la tempe et du muscle de la mâchoire d'une part (tous deux 110 N/cm²), et du coussinet de l'index (300 N/cm²). Pour les contacts transitoires, on adopte un multiplicateur. Dans la plupart des cas, on tolère une double valeur par rapport à celle d'un contact quasi-statique. Pour les contacts transitoires, notre corps supporte littéralement le double. Les zones sensibles précitées sur la tête sont l'exception.

 

Facteurs qui déterminent l'impact

Une forme courante de sécurité cobot intégrée sur, notamment, des modèles cobot plus anciens consiste purement dans une limitation, logicielle de leur vitesse, couple de force, ... Mais ce qui compte finalement dans le cas d'une éventuelle collision, c'est l'impact sur le corps humain. Et cet impact dépend aussi d'autres facteurs. D'une part, la dureté du matériau des parties du cobot pouvant établir le contact avec l'opérateur. Les fabricants absorbent cet impact en fabriquant dans ou en dotant les parties pouvant entrer en contact avec l'opérateur d'un matériau qui absorbe les chocs. La dimension de la surface de contact joue aussi un rôle important et bel et bien selon la relation pression = force/surface (p = F/A). Plus la force de contact pour une force donnée est petite, plus la pression est grande et donc le risque de déclencher la douleur/les lésions. A l'inverse, plus la surface de contact est grande, plus la répartition de la force sur la partie du corps touchée est bonne et plus la douleur/le risque de lésion est limité. Comme il n'existe pas de formules standard pour calculer ces facteurs par un logiciel, l'impact effectif doit être mesuré pour déterminer la sécurité effective.

 

Mesure de force

La mesure de force s'effectue au moyen d'un appareil spécifique pouvant être doté d'un ressort calibré ayant une certaine constante d'élasticité. En fonction de la partie du corps avec laquelle la collision simulée se produit, on choisit un ressort précis ayant une constante d'élasticité sur mesure. Au lieu de la partie du corps effective, on utilise toutefois trois coussinets différents en caoutchouc (également calibrés), avec à chaque fois une solidité qui approche celle de la partie du corps visée.

 

Mesure de pression

La mesure de pression ne se mesure pas avec le capteur. A l'aide de films de mesure de pression, la pression locale est mesurée et comparée aux valeurs limites fixées dans la norme. La validation et la digitalisation des valeurs de mesure de force et la rédaction des rapports de test s'effectuent avec un outil logiciel. Dans la plupart des situations, la pression est le facteur le plus déterminant pour la sécurité de l'application cobot. En relation avec une zone corporelle donnée et pour une force donnée, une application sera autorisée avec un outil émoussé, tandis que le même cobot équipé, par exemple, d'une perceuse-visseuse ne peut pas être autorisé en raison de la pression plus grande.

 

Valeur juridique de l'ISO/TS15066

La spécification technique ISO/TS15066 vaut comme mesure provisoire et sera reprise dans la norme robot sous peu. Cependant, elle a la même force juridique qu'une norme, les entreprises qui appliquent la spécification, satisfont donc aux exigences de la Directive Machines. TS15066 est un complément et spécifie les exigences de sécurité pour HRC, et sera une référence essentielle pour aussi bien la conception de l'application cobot que pour sa validation.

 

L'INTÉGRATEUR EST RESPONSABLE

Un cobot sécurisant ne signifie pas en soi une application cobot sécurisante. Bien que des fonctions sécuritaires veillent à arrêter ou ralentir le cobot en cas de collision, les fabricants n'exercent aucun contrôle sur les outils, les pièces et les trajets de mouvement de l'application. Quid, par exemple, si le cobot exécute des usinages de coupe et que l'intégrateur monte à cet effet un couteau sur le robot? L'intégrateur assume la responsabilité finale en termes de sécurité.