Cobot et robot industriel: non pas concurrents, mais collègues

Le robot traditionnel l’emporte encore toujours

 

L’arrivée du cobot confronte les utilisateurs finaux à un nouveau choix. Alors qu’avant, le choix restait limité entre une machine traditionnelle et un robot industriel, le robot collaboratif s’immisce désormais aussi parmi les possibilités. Mais le cobot et le robot sont-ils bien des concurrents? Un aperçu des pour et des contre de ce nouveau venu relatif.

 

 

LA SECURITE PRIME

Le robot industriel traditionnel est conçu pour exécuter un travail lourd et répétitif sans trop d’arrêts. Ce type de robots est le plus souvent encadré par une solide grille, effectivement pour des raisons de sécurité du personnel qui doit être protégé contre les collisions avec les bras de robot ou les lésions causées par la charge. Cela limite énormément le robot dans son interaction avec l’apport humain, en fait dégradé à une pure fonction d’entretien et de réparation. L’assistance dans le traitement est impossible et l’amenée est aussi le plus souvent mécanique par le biais de feeders vibrants et de convoyeurs à bande qui acheminent les pièces via des ouvertures minimes dans la grille physique. Nous voyons tout au plus une application où les opérateurs déposent manuellement des bacs de pièces en vue du traitement ultérieur par le robot, mais ceci est lié à des mesures de sécurité telles que des écrans lumineux ou des scanners qui arrêtent le mouvement du robot. Si une entreprise opte pour une exécution complètement dépourvue de grille de la cellule robotique, on est lié à des scanners de sécurité qui abaissent la vitesse du robot par paliers jusqu’à zéro, ce qui entrave aussi fortement la productivité. Une méthode de travail peu efficace en somme. Avec un cobot, la sécurité est totalement différente, car ce type de robot est conçu spécifiquement avec à l’esprit l’interaction humaine. Alors que le robot traditionnel part du principe qu’il n’y a pas de contact humain, les cobots sont développés dans l’idée qu’ils seront constamment en contact avec les opérateurs. Cela se reflète aussi dans la norme de sécurité TS 15066, dans laquelle la douleur que peuvent ressentir les personnes, constitue littéralement la base de la procédure à suivre. Pour de plus amples informations sur la TS 15066, voir l’encadré séparé sur ce thème.

 

 

CHARGE UTILE

Le travail lourd des robots industriels engendre un vaste éventail d’exécutions, il existe un robot avec la charge utile adéquate pour chaque application. La plupart des fabricants s’orientent typiquement vers un petit 2.000 kg. Les cobots ont une charge utile limitée (traditionnellement entre 5 et 35 kg). Mais ici, nous devons déjà directement noter que la technologie de cobot est en pleine croissance. C’est ainsi que nous avons vu apparaître des cobots pour le secteur automobile avec une charge utile de 110 kg. Comme pour chaque marché innovant, la règle veut que l’état de la technologie change constamment et que savoir ce que réserve l’avenir, est un art divinatoire.

COBOTIQUE PORTEE

La portée désigne la distance entre le centre du robot et l’extrémité du bras du robot quand celui-ci est entièrement déployé. Sur les robots industriels traditionnels, ceci peut atteindre une longueur de quelques mètres pour permettre une construction très flexible de l’aire de production. Ce n’est pas le cas pour les cobots, car ceuxci ont rarement une portée qui excède 1 mètre. Bien évidemment, la raison sous-jacente est que les cobots sont développés pour reprendre à leur compte les tâches humaines simples.

 

 

TS 15066

Depuis l’an dernier est entrée en vigueur la nouvelle norme de sécurité TS 15066. Celleci complète les normes plus connues pour les robots industriels, l’ISO 102181 et 102182. La TS 15066 est développée avec à l’esprit la percée du cobot, parce qu’on a constaté que les normes ISO mentionnées étaient insuffisantes pour ce type de système robotiques. Parmi les 150 pages de ces normes, seules 8 pages étaient prévues sur les tâches collaboratives. Remarquez que la TS 15066 n’est pas une norme spécifique aux cobots, mais bien aux systèmes robotiques qui exécutent des tâches collaboratives. Celui qui veut affranchir son robot traditionnel de sa grille, doit également tenir compte de cette norme. Dans la norme sont décrits quatre types de sécurité pour une collaboration collaborative:

• Safety-rated Monitored Stop: dans cette fonction sécuritaire, le système robotique s’arrête quand un opérateur se trouve dans une zone délimitée. Ceci est pratique dans les installations où la collaboration entre l’homme et le robot est limitée à des moments tels que le réglage et le repositionnement. Après avoir quitté la zone délimitée, le système robotique reprend son travail.
• Hand-guided: ici, l’opérateur garde le contrôle complet du mouvement du système robotique.
• Speed & Separation Monitoring: dans cette forme, on utilise des scanners de sécurité ou des systèmes de vision qui surveillent constamment la zone autour du système robotique. La vitesse du robot est adaptée à la distance entre l’opérateur et le robot.
• Power and Force Limited (PFL) – La vitesse et le mouvement du robot sont conçus de telle sorte qu’un impact ne résultera pas dans une douleur ou des lésions de l’opérateur. Des collisions avec les personnes sont inévitables, ceci est l’approche complètement différente dans cette dernière fonction de sécurité marquante. Elle n’est donc pas centrée sur l’évitement des collisions, comme c’est le cas dans la réflexion sécuritaire traditionnelle, mais bien sur, le réglage de la force maximale d’un impact et de la vitesse de l’impact. Ceci s’est fait sur la base d’une étude menée par l’université de Mainz auprès de 100 participants. Pour leur recherche, ils ont étudié quelle était la douleur ressentie par un être humain lors d’un certain impact. Ils l’ont fait pour 29 zones corporelles. Ils ont formulé des valeurs maximales pour chaque zone du corps. L’analyse de sécurité doit aussi montrer quelles parties du corps constituent un risque dans l’application. Ensuite, on doit recenser pour chacune de ces parties quel est le type d’impact (à cause d’une collision ou d’un coincement) et quelles sont la fréquence et la durée du contact. Quelle que soit la méthode appliquée parmi les quatre, il faut toujours Pld cat.3 (selon l’ISO 13849) ou SIL2 avec HFT1 selon l‘IEC62061. Remarquez que la sécurité de votre cobot – tout de même en ce qui concerne la réponse aux normes de sécurité – est essentiellement la responsabilité du producteur de robots et de l’intégrateur.

 

 

COBOTIQUE VITESSE

Les robots industriels sont en général nettement plus rapides, selon le type. Pour les robots delta, ceci va aisément jusqu’à 10 m/s, le robot traditionnel atteint des vitesses linéaires de l’ordre de 3 m/s. Ces robots doivent travailler le plus vite possible pour générer un output maximal. Les cobots, par contre, travaillent à vitesses plus lentes, parce que la vitesse est moins importante en raison de leur nature collaborative: ils doivent s’adapter à la tâche du collaborateur. Dans l’utilisation caractéristique des cobots, au cours de laquelle le cobot remet une pièce à un collaborateur qui la traite ensuite, cela n’a guère de sens que le robot atteigne des vitesses étourdissantes. De plus, des vitesses plus grandes signifient aussi un plus grand impact en cas de collisions avec les opérateurs.

PROGRAMMATION

La programmation de robot est dans bien des cas le travail de l’intégrateur. En fonction du produit fabriqué à ce moment-là, le programme est adapté au nouveau batch de production. Ces dernières années, les producteurs de robot consentent aussi de grands efforts pour autoriser une programmation accessible. Cela se fait sur plusieurs voies comme le travail avec une forme visuelle ou avec un langage de programmation basé sur le langage PLC. Une évolution indispensable, car aujourd’hui les entreprises de production sont souvent confrontées à des séries petites, mais spécialisées. Celles-ci demandent aussi un robot pouvant être adapté rapidement. Un cobot travaille selon un tout autre principe de programmation. Dans la plupart des cas, la tâche est apprise par l’imitation du mouvement à réaliser. Ceci se fait de façon très intuitive et exige en principe peu de connaissances de la programmation.

IMPLANTATION

Un robot industriel peut être considéré comme toute autre machine. Celui-ci occupe un grand espace industriel, doit être cloisonné, il faut de la place pour l’alimentation, pour les pièces de rechange, des travaux drastiques et des changements sont le plus souvent nécessaires pour le placement, … un robot industriel est donc omniprésent dans une aire de production. Un cobot, par contre, se laisse aisément intégrer, occupe peu de place et est nettement moins cher qu’un robot industriel. En général, il est aussi plus petit et les coûts secondaires (placement, programmation, …) sont aussi limités. Mais la comparaison des deux n’a en fait pas de sens, étant donné les grandes différences de vitesse et de charge utile. L’intérêt pour les robots collaboratifs grandit peu à peu, mais comme cette technologie est en fait en contradiction avec la philosophie de sécurité qui nous accable depuis des années (cloisonner!), une certaine réticence existe. Le flux de travail est aussi plus ou moins le même depuis des années, si bien qu’on ne se rend pas bien compte de l’éventuelle utilité précise d’un cobot. Parfois, il faut aussi une refonte complète de ce flux de travail, ce qui se heurte effectivement à une résistance. Et nous n’avons pas encore évoqué l’analyse de sécurité qui peut estimer dans certains cas qu’une grille autour du cobot est nécessaire, aussi contradictoire que ceci peut paraître.  La réflexion sécuritaire part du principe que le contact entre homme et cobot est inévitable Les cobots assistent l‘homme, les robots industriels reprennent à leur compte des tâches de l’homme. Une différence fondamentale qui induit d’autres approches de la sécurité et de la programmation