Table of Contents

Contrairement aux robots industriels traditionnels qui opèrent derrière des cages et des barrières de sécurité, les robots collaboratifs, communément appelés «cobots», sont conçus spécifiquement pour travailler avec des opérateurs humains dans des espaces de travail partagés. Cette proximité crée des défis uniques en matière de sécurité qui nécessitent une analyse minutieuse, une évaluation complète des risques et un calcul précis des zones d'exploitation sûres. Il est essentiel de comprendre comment définir et maintenir correctement ces zones pour protéger les travailleurs tout en maximisant les avantages de productivité que la robotique collaborative peut procurer.

Ce guide complet explore les méthodologies, les normes et les meilleures pratiques pour calculer les zones d'exploitation sûres dans les déploiements de robots collaboratifs. De la compréhension des principes fondamentaux de sécurité à la mise en oeuvre de systèmes de surveillance avancés, nous examinerons tous les aspects de la création d'un environnement de collaboration humain-robot sécurisé.

L'évolution des normes de sécurité des robots collaboratifs

Les normes les plus importantes en matière de sécurité des robots sont la norme ISO 10218:2025 pour les robots industriels (qui intègre l'ancienne norme ISO/TS 15066 pour la collaboration homme-robot) et la norme ANSI/RIA R15.06 aux États-Unis. Ces normes ont évolué de façon significative au cours de la dernière décennie pour relever les défis uniques posés par la collaboration homme-robot.

Les versions ISO 10218-1:2025 et ISO 10218-2:2025 sont les dernières éditions qui régissent la sécurité des robots industriels, remplaçant les versions 2011. Les mises à jour ajoutent des exigences fonctionnelles plus claires, de nouvelles classifications et des méthodes d'essai. Elles apportent également des exigences pour les applications collaboratives, qui étaient précédemment couvertes par l'ISO/TS 15066.

Ces normes ont remplacé le terme «cobot» par «applications de collaboration», ce qui montre que la sécurité dépend de la façon dont le robot est utilisé plutôt que du robot lui-même. Ce changement de terminologie souligne un principe important : aucun robot n'est intrinsèquement sûr dans toutes les applications.

Règlement de sécurité régional

Deux règlements largement adoptés sont ANSI/RIA R15.06 en Amérique du Nord et la Directive sur les machines de l'UE en Europe. Émis par la Robotics Industries Association (RIA), ANSI/RIA R15.06 s'harmonise avec la norme ISO 10218 mais ajoute des précisions spécifiques aux États-Unis.

La directive européenne 2006/42/CE sur les machines impose des exigences essentielles de santé et de sécurité pour les machines mises sur le marché de l'UE, et elle fait référence à des normes harmonisées telles que la norme ISO 12100 pour l'évaluation des risques et la norme ISO 10218 pour la sécurité des robots.

Comprendre les principes fondamentaux de la sécurité des robots en collaboration

Les robots collaboratifs diffèrent des robots industriels traditionnels de plusieurs façons fondamentales qui ont un impact direct sur les calculs des zones de sécurité. Bien que les robots traditionnels reposent principalement sur des barrières physiques pour séparer les humains des mouvements dangereux, les robots utilisent plusieurs couches de caractéristiques de sécurité qui permettent une interaction plus étroite.

Pour assurer la sécurité, les intégrateurs de robots doivent démontrer qu'ils ont pris des mesures pour identifier les dangers potentiels, qui peuvent être intégrés dans des tâches de collaboration, ou intégrés dans l'espace de travail collaboratif. Cette exigence constitue la base de tous les protocoles de sécurité collaboratifs des robots.

Les quatre modes de collaboration

ISO/TS 15066 définit quatre modes de fonctionnement collaboratif qui façonnent les concepts de sécurité pour les cobots. Chaque mode équilibre la productivité et la protection de différentes façons. La compréhension de ces modes est essentielle pour choisir la stratégie de sécurité appropriée pour votre application.

Arrêt surveillé à sécurité

Le robot s'arrête et se tient en position avant qu'un humain entre dans l'espace de travail collaboratif. Aucun mouvement robot ne se produit pendant que la personne est présente. C'est le mode collaboratif le plus simple et est essentiellement une cellule protégée traditionnelle avec un redémarrage plus rapide.Le robot n'a pas besoin de se re-dominer après chaque interaction d'opérateur.

Guide à main

Le guidage manuel permet à l'opérateur de déplacer physiquement le robot ou de l'aider à effectuer des tâches manuelles. Ce mode est souvent utilisé pour l'enseignement ou lors de la manipulation collaborative. Des capteurs de force dans le bras détectent l'entrée de l'utilisateur, permettant un mouvement fluide et conforme sans résistance.

Surveillance de la vitesse et de la séparation

La surveillance de la vitesse et de la séparation ajuste dynamiquement le comportement du robot en fonction de la proximité avec l'homme. Les robots utilisent des scanners laser, des radars ou une vision 3D pour suivre les mouvements à proximité.

Cette configuration nécessite un scanner de zone qui délimite les zones de sécurité. Imaginez une zone verte, jaune et rouge où vous avez respectivement une zone à grande vitesse, une zone à vitesse réduite et une zone presque arrêtée. Cette approche graduée permet au robot de fonctionner à vitesse maximale quand aucun humain n'est à proximité tout en s'ajustant automatiquement pour assurer la sécurité à l'approche des travailleurs.

Pouvoir et limitation de la force

Dans ce mode, les systèmes de conception et de contrôle du robot limitent la force de contact et la pression aux seuils de sécurité. Les effecteurs finaux intègrent des capteurs qui détectent le contact, déclenchent un arrêt immédiat lorsque les limites sont dépassées.

L'ISO/TS 15066 fournit les données de référence pour la force et la pression admissibles dans différentes régions du corps, que les fabricants utilisent pour étalonner leurs systèmes. Ces seuils biomécaniques constituent la base scientifique pour les applications de limitation de puissance et de force.

Calcul des zones d'exploitation sûres : méthodes de base

Le calcul des zones d'exploitation sûres exige une approche systématique qui tient compte de plusieurs variables, notamment la cinématique des robots, les modes de mouvement des humains, les temps de réponse des capteurs et les facteurs environnementaux.

Distance minimale de séparation de protection

Le calcul de la distance de séparation minimale de protection de ISO/TS 15066 tient compte de la vitesse de déplacement de l'homme, de la distance d'arrêt du robot, du temps de réponse du capteur et de l'incertitude de position de l'homme et du robot.

La formule de base pour calculer la distance minimale de séparation de protection comprend plusieurs variables clés. Le calcul doit tenir compte de la vitesse maximale à laquelle un humain peut approcher le robot, généralement estimée à 1,6 mètre par seconde pour la vitesse de la main et à 2,0 mètres par seconde pour le mouvement du corps. La distance d'arrêt du robot dépend de sa vitesse actuelle, de sa charge utile et de ses capacités de décélération.

Il faut également tenir compte des facteurs d'incertitude de position, car le système de détection humain et la rétroaction de position du robot ont des tolérances de mesure inhérentes, qui doivent être ajoutées à la distance de séparation pour assurer des marges de sécurité adéquates dans toutes les conditions.

Calculs de la force et du seuil de pression

Dans le cadre du TS-15066, la surveillance de la force et de la vitesse du cobot est basée sur les données d'application, la zone de contact avec l'homme et les dangers de l'espace de travail. Le contact avec l'homme est défini en deux types : transitoire et quasi-statique.

Le contact transitoire survient lorsque le robot ou l'effecteur final frappe une personne mais ne piège pas ou ne serre aucune partie du corps. Dans ce scénario, le contact est momentané, et la personne peut s'éloigner du point de contact. Le contact quasi statique implique des situations où une partie du corps se trouve coincée entre le robot et une autre surface, empêchant la personne de s'éloigner du point de contact.

Les limites de force et de pression autorisées diffèrent considérablement entre ces deux types de contact. Le contact transitoire permet généralement des niveaux de force plus élevés parce que la durée du contact est brève et que la personne peut se déplacer de façon réflexive.

Les différentes régions du corps ont des seuils de douleur et de blessure différents basés sur la recherche biomécanique. Le crâne, par exemple, peut résister à des forces plus élevées que les zones de tissus mous comme l'abdomen.

Analyse de l'enveloppe de l'espace de travail

La détermination des zones d'exploitation sûres exige une analyse détaillée de l'enveloppe de l'espace de travail du robot, volume tridimensionnel que le robot peut atteindre en fonctionnement normal. Cette analyse doit tenir compte non seulement du bras du robot lui-même, mais aussi de tous les effets finaux, des pièces manipulées et des trajectoires potentielles pendant toutes les phases de fonctionnement.

L'enveloppe de l'espace de travail doit être cartographiée en trois dimensions à l'aide du modèle cinématique du robot. Cette cartographie identifie tous les points que n'importe quelle partie du système robot pourrait occuper pendant l'opération. L'analyse doit inclure les mouvements de production normaux, les opérations d'enseignement et de programmation, et tous les scénarios d'intervention manuelle.

Les zones de collision représentent des zones où le robot pourrait potentiellement entrer en contact avec un opérateur humain. Ces zones doivent être identifiées pour chaque mode et tâche opérationnels. La taille et la forme des zones de collision dépendent de la vitesse du robot, de la masse de toute charge utile transportée et de la géométrie de l'effecteur final.

Méthodologie d'évaluation globale des risques

Aucun déploiement de cobot ne devrait se faire sans une évaluation complète des risques, conformément aux normes ISO/TS 15066 et EN ISO 12100, ce qui implique de déterminer les dangers potentiels, d'en estimer la gravité et la probabilité et de mettre en œuvre des stratégies d'atténuation.

Identification des dangers

Définir complètement l'application — modèle Robot, charge utile, effecteur final, pièce à usiner, temps de cycle, taux de production, tous les modes d'exploitation (automatique, manuel, entretien, nettoyage) et le personnel qui interagira avec le système. Identifier chaque danger — Marcher à travers chaque mode d'exploitation.

L'identification des risques doit être exhaustive et systématique. Les risques courants dans les applications robots collaboratives comprennent l'impact du mouvement des robots, le broyage ou le piégeage entre le robot et les structures fixes, l'enchevêtrement avec des pièces mobiles, l'éjection de pièces ou d'outils, et l'exposition aux bords aigus ou aux surfaces chaudes sur les effecteurs ou les pièces à usiner.

L'un des plus gros problèmes observés dans les évaluations des risques liés au cobot est lié à l'emplacement du cobot. Selon l'endroit où se trouve le cobot, vous devez considérer si vous créez un risque de broyage ou de piégeage avec le cobot. Vous devez également considérer si la position du cobot est suffisamment élevée pour qu'elle puisse entrer en contact avec la tête d'un opérateur, ce qui n'est pas permis du tout.

Évaluation et notation des risques

Nous utilisons un graphique de risque selon l'annexe A de la norme ISO 12100 qui tient compte de la gravité, de la fréquence d'exposition et de la probabilité d'évitement.

L'évaluation de la gravité tient compte des conséquences potentielles de chaque danger identifié, allant de blessures mineures comme des ecchymoses à des blessures graves ou des décès. La fréquence d'exposition évalue la fréquence d'exposition du personnel à chaque danger pendant les opérations normales, l'entretien et d'autres activités.

Ces trois facteurs se combinent pour produire un score de risque qui indique la priorité pour la mise en oeuvre de mesures de protection.

Éléments clés de l'évaluation des risques liés au cobot

Les éléments clés d'une solide évaluation des risques liés au cobot sont les suivants : Analyse des tâches : Comprendre l'interaction physique requise, la fréquence de l'implication humaine et la complexité du mouvement.Cartographie de l'espace de travail : Définir les zones de collaboration, les zones réglementées et les voies d'évacuation sécuritaires.

L'analyse des tâches devrait documenter chaque étape du processus de collaboration, en déterminant quand et où les humains et les robots partagent l'espace de travail. Cette analyse révèle des modèles d'interaction qui peuvent créer des risques qui ne sont pas apparents à partir de l'examen des tâches individuelles en isolement.

La cartographie des espaces de travail crée une représentation visuelle et documentée de l'environnement collaboratif, délimite clairement les zones aux exigences de sécurité différentes. Cette cartographie devrait identifier les zones où les humains et les robots travaillent simultanément, les zones où seul le robot opère, et les zones sûres où les travailleurs peuvent rester sans risque de contact avec le robot.

Technologies de sécurité avancées pour la surveillance de la zone

Les déploiements de robots collaboratifs modernes utilisent des technologies de capteurs sophistiquées et des systèmes de contrôle pour surveiller en temps réel les zones d'exploitation sûres.

Systèmes de balayage laser

Les scanners lasers sécurisés créent des zones de sécurité virtuelles en surveillant en permanence la zone autour du robot. Ces appareils émettent des faisceaux laser qui balayent l'espace de travail, en détectant tout objet ou personne qui entre dans des zones définies. Lorsqu'une personne entre dans une zone d'avertissement, le système peut réduire la vitesse du robot.

Les scanners laser modernes offrent de multiples zones configurables avec différentes réponses de sécurité. Cette capacité permet des réponses de sécurité graduées qui maintiennent la productivité tout en assurant la protection. Les scanners peuvent distinguer différentes violations de zone et déclencher des réponses appropriées en fonction de la gravité et de l'emplacement de l'intrusion.

Vision 3D et détection de profondeur

Les systèmes de vision tridimensionnelle offrent une conscience spatiale plus sophistiquée que les capteurs bidimensionnels traditionnels. Ces systèmes créent une carte détaillée de l'espace de travail, traçant la position et le mouvement des personnes et des objets en temps réel.

Les technologies de détection de profondeur permettent au robot de comprendre non seulement où se trouvent les objets, mais aussi leur taille, leur forme et leur distance par rapport au robot. Cette information permet de répondre à des questions de sécurité plus nuancées, comme ralentir lorsqu'une personne est à proximité, mais pas directement sur le chemin du robot, ou s'arrêter complètement lorsque quelqu'un entre dans l'espace de travail immédiat.

Force et torque Sensation

Les capteurs de force et de couple intégrés dans les articulations du robot permettent de détecter directement le contact avec des objets ou des personnes externes. Lorsque la résistance inattendue est détectée, le robot peut immédiatement s'arrêter ou inverser la direction pour minimiser la force d'impact.

La sensibilité des systèmes de détection de force doit être soigneusement étalonnée pour distinguer les forces normales de processus – comme le fait de presser une partie dans un assemblage – et les forces anormales indiquant le contact avec une personne.

Systèmes de commande à commande à commande à commande à commande à commande de sécurité

FANUC Dual Check Safety (DCS) : Utilise des processeurs redondants pour surveiller la vitesse et la position du robot en temps réel, créant des zones de sécurité virtuelles qui ralentissent ou arrêtent le robot si les limites sont dépassées. Ces dispositifs de sécurité intégrés offrent une protection fondamentale qui complète les dispositifs de sécurité externes.

Les protocoles en temps réel comme EtherCAT, PROFINET ou Safety over Ethernet permettent aux robots de réagir rapidement lors d'événements critiques. Ces systèmes transmettent des signaux entre capteurs, contrôleurs et actionneurs en millisecondes, réduisant ainsi le décalage entre la détection des risques et la réponse des robots.

Mise en œuvre de mesures de protection et de barrières de sécurité

Bien que les robots collaboratifs soient conçus pour fonctionner sans cages de sécurité traditionnelles, de nombreuses applications bénéficient d'une utilisation stratégique des barrières physiques, des frontières virtuelles et des contrôles administratifs pour améliorer la sécurité.

Barrières de sécurité physique

Même dans les applications collaboratives, des barrières physiques peuvent être appropriées pour certaines zones ou modes opérationnels. Des barrières partielles peuvent empêcher l'accès aux zones à risque élevé tout en permettant la collaboration dans d'autres zones. Par exemple, une barrière peut protéger la zone où le robot charge ou décharge des pièces lourdes tout en laissant la zone de montage ouverte pour la collaboration homme-robot.

Les barrières physiques devraient être conçues pour empêcher l'entrée accidentelle sans empêcher l'accès nécessaire à l'entretien, à l'enseignement ou à la manutention du matériel.

Limites de sécurité virtuelle

Les frontières virtuelles définies par logiciel créent des zones de sécurité invisibles qui déclenchent des comportements spécifiques des robots lorsqu'elles sont franchies. Ces limites peuvent être facilement reconfigurées au fur et à mesure que les exigences de production changent, offrant ainsi une flexibilité que les barrières physiques ne peuvent pas correspondre.

Le contrôleur robot compare continuellement les données du capteur aux coordonnées définies, déclenchant des réponses de sécurité appropriées lorsque des violations sont détectées. Ces systèmes peuvent mettre en œuvre une logique de sécurité complexe qui tient compte de facteurs comme la vitesse du robot, la charge utile et la tâche courante lors de la détermination de la réponse appropriée.

Contrôles administratifs et formation

Les mesures de sécurité technique doivent être complétées par une formation complète et des procédures opérationnelles claires. Les travailleurs doivent comprendre les capacités, les limitations et les caractéristiques de sécurité du robot. La formation doit couvrir le fonctionnement normal, les procédures d'urgence et la réponse appropriée aux activations du système de sécurité.

Les procédures opérationnelles normalisées devraient clairement définir quand et comment les travailleurs peuvent entrer dans les zones de collaboration, quelles activités sont autorisées dans différents domaines et comment interagir en toute sécurité avec le robot pendant divers modes de fonctionnement.Ces procédures constituent une couche essentielle de protection qui renforce les mesures de sécurité technique.

Facteurs critiques influant sur la conception des zones de sécurité

Plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de la conception de zones d'exploitation sûres pour les applications de robots collaboratifs. Chaque facteur peut avoir une incidence significative sur la taille, la forme et les exigences de surveillance des zones de sécurité.

Vitesse et accélération du robot

La vitesse maximale du robot affecte directement la taille des zones de sécurité requises. Les robots plus rapides ont besoin de zones plus grandes pour fournir une distance d'arrêt adéquate lorsqu'une personne est détectée.

Les vitesses d'accélération et de décélération ont également un impact sur les calculs de la zone de sécurité. Un robot qui peut décélérer rapidement nécessite moins de distance d'arrêt et donc des zones de sécurité plus petites.

Caractéristiques de la charge utile

La masse, la taille et les caractéristiques des objets manipulés par le robot influencent considérablement les exigences de sécurité. Les charges utiles lourdes augmentent l'énergie cinétique du système robot, exigeant des zones de sécurité plus grandes et des limites de vitesse potentiellement plus faibles.

L'application elle-même doit être évaluée dans son intégralité. Par exemple, le processus d'évaluation des risques sera différent si le robot porte une pièce métallique tranchante ou s'il porte un canard en caoutchouc souple. Ce principe souligne que la sécurité du robot ne peut être évaluée indépendamment de l'application spécifique.

Contraintes environnementales et spatiales

La configuration physique de l'espace de travail influe sur la conception des zones de sécurité. L'espace limité peut restreindre la taille des zones de sécurité, exigeant des mesures compensatoires telles que la vitesse réduite du robot ou des capteurs supplémentaires.

Les facteurs environnementaux tels que les conditions d'éclairage, le bruit ambiant et les surfaces du sol peuvent affecter à la fois les performances des capteurs et le comportement humain.

Les modèles d'activité humaine

La fréquence, la durée et la nature de la présence humaine dans l'espace de travail collaboratif ont une incidence directe sur les exigences de la zone de sécurité. Les applications avec présence humaine continue nécessitent des approches de sécurité différentes de celles qui sont occasionnellement utilisées par l'homme.

Si les travailleurs doivent pénétrer dans l'espace de travail du robot ou travailler à proximité pendant de longues périodes, des zones de sécurité doivent être conçues pour accueillir ces activités tout en maintenant la protection. Des considérations ergonomiques peuvent influencer l'emplacement des zones de collaboration pour minimiser les postures gênantes ou l'atteinte excessive.

Validation et essais des zones de sécurité

Tous les systèmes de cobots doivent être vérifiés pour prouver qu'ils répondent aux exigences de sécurité. Les essais portent à la fois sur l'approbation de type et sur l'acceptation sur place.

Essais préalables au déploiement

Avant qu'un robot collaboratif entre en production, des essais complets doivent vérifier que toutes les fonctions de sécurité fonctionnent correctement, y compris la vérification des plages de détection des capteurs, des temps de réponse et des distances d'arrêt dans diverses conditions.

Les mesures de la force et de la pression doivent être effectuées pour vérifier que les forces de contact demeurent dans les limites autorisées définies par l'ISO/TS 15066. Ces mesures nécessitent un équipement spécialisé et doivent être effectuées par du personnel qualifié.

Surveillance et entretien continus

Les applications Cobot évoluent, de sorte que chaque changement de programmation, d'outillage ou de disposition nécessite un nouvel examen de sécurité. Réévaluer toujours la sécurité après les changements de programmation, d'outillage, de disposition de l'espace de travail ou de dotation.

La maintenance régulière des systèmes de sécurité assure un fonctionnement fiable. Les capteurs doivent être nettoyés et étalonnés conformément aux spécifications du fabricant. Les composants cotés en sécurité doivent être testés périodiquement pour vérifier le bon fonctionnement. Toute dégradation des performances du capteur ou des temps de réponse du système de sécurité doit être traitée immédiatement.

La documentation de tous les essais, de l'entretien et des modifications crée une piste de vérification qui démontre la conformité continue aux exigences de sécurité. Cette documentation est essentielle pour la conformité réglementaire et fournit de précieux renseignements pour le dépannage et l'amélioration continue.

Défis communs et solutions dans la mise en oeuvre des zones de sécurité

Les défis et les pièges communs en matière de sécurité des cobots apparaissent souvent lorsque les entreprises sautent les évaluations, interprètent mal les normes ou sur-rely sur les caractéristiques de conception intégrées. En pratique, les risques proviennent de l'imprévisibilité humaine, des évaluations dépassées ou de l'intégration insuffisante aux systèmes existants.

Évaluation inadéquate des risques

ISO/TS15066 indique clairement qu'une évaluation des risques est nécessaire pour identifier les risques et les risques associés à une application de système robotisé en collaboration. Il note que l'intégrateur « doit effectuer une évaluation des risques comme décrit dans ISO 10218 et ANSI/RIA15.06 ». Malgré ces normes, les évaluations des risques liés aux robots cobots sont généralement négligées dans l'industrie.

La solution consiste à traiter chaque déploiement collaboratif de robots comme une application unique nécessitant une évaluation approfondie des risques.Les organisations devraient faire appel à des professionnels de la sécurité qualifiés qui comprennent à la fois les normes de robotique et de sécurité industrielle.

Mauvaise compréhension des capacités de collaboration

Beaucoup supposent que les robots sont intrinsèquement sûrs, mais le contexte détermine le risque réel. Un robot limité en puissance et en force manipulant une lame tranchante ou une partie chaude peut encore blesser quelqu'un.

Tous les intervenants, de la direction aux opérateurs, doivent comprendre que les robots collaboratifs sont des outils qui peuvent être utilisés en toute sécurité lorsqu'ils sont correctement déployés, mais ils ne sont pas automatiquement sûrs dans toutes les applications. La sécurité dépend du système complet, y compris le robot, l'effecteur final, la pièce à travailler, l'environnement et les facteurs humains.

Intégration avec les systèmes existants

Les cellules robotisées collaboratives fonctionnent rarement isolément. Elles relient les systèmes de convoyeurs, les VAG et les logiciels de gestion du bâtiment. Les ingénieurs veillent à ce que les circuits d'arrêt d'urgence et les signaux de sécurité se propagent sur tous les équipements connectés.

Une intégration réussie exige une planification et une coordination minutieuses entre les différents systèmes. Les circuits de sécurité doivent être conçus de manière à ce qu'un événement de sécurité dans un système affecte de manière appropriée les systèmes connectés.

Adaptation aux conditions changeantes

De nombreuses installations effectuent une analyse initiale des risques, mais ne parviennent pas à les revoir après avoir mis à jour la programmation, modifié les outils ou modifié l'espace de travail. Sans réévaluation régulière, les nouveaux risques peuvent passer inaperçus et sans atténuation.

La mise en oeuvre d'un processus de gestion des changements permet de revoir la sécurité chaque fois que des modifications sont apportées au système robotisé collaboratif ou à son environnement. Ce processus devrait nécessiter un examen et une approbation de la sécurité avant que des changements ne soient apportés, avec la documentation de l'examen et des modifications de la sécurité qui en découlent.

Applications avancées et tendances futures

À mesure que la technologie des robots collaboratifs continue d'évoluer, de nouvelles capacités et applications se font jour, ce qui fait que la collaboration entre les robots humains est un facteur de développement qui offre des possibilités et de nouveaux défis en matière de sécurité, qui doivent être relevés grâce à des techniques avancées de calcul et de surveillance des zones.

Robots mobiles collaboratifs

L'intégration de bras robots collaboratifs avec des plateformes mobiles crée des systèmes qui peuvent se déplacer dans une installation tout en maintenant une interaction sûre avec les humains. Ces robots mobiles nécessitent des zones de sécurité dynamiques qui se déplacent avec le robot et s'adaptent aux environnements changeants.

Les systèmes de navigation doivent intégrer la détection et l'évitement des obstacles, la vitesse et l'accélération de la plate-forme mobile doivent être limitées en fonction de l'environnement et de la proximité des personnes.

Intelligence artificielle et comportement adaptatif

Les systèmes avancés d'IA permettent aux robots collaboratifs d'apprendre de l'expérience et d'adapter leur comportement pour améliorer leur efficacité. Bien que ces capacités offrent des avantages importants, elles créent également des défis de sécurité.

Les systèmes de sécurité pour les cobots équipés d'IA doivent s'assurer que les comportements appris ne peuvent pas violer les contraintes de sécurité. Cela peut nécessiter plusieurs couches de contrôle de sécurité, avec l'optimisation pilotée par AI fonctionnant dans une enveloppe définie par des systèmes de sécurité qui ne peuvent pas être modifiés par des algorithmes d'apprentissage.

Collaboration multi-robots

Les applications impliquant plusieurs robots collaboratifs travaillant à proximité les uns des autres et avec les humains créent des défis complexes en matière de sécurité. Les zones de sécurité doivent tenir compte du mouvement de tous les robots, des interactions potentielles entre les robots et de l'accès des humains au lieu de travail partagé.

Les architectures de sécurité des systèmes multirobots utilisent souvent un contrôle hiérarchique, avec un système de surveillance qui surveille l'espace de travail global et coordonne les systèmes de sécurité individuels des robots.

Meilleures pratiques pour une mise en œuvre réussie

Le déploiement réussi de robots collaboratifs avec des zones d'exploitation sûres correctement calculées exige une attention particulière aux multiples aspects du processus de mise en oeuvre.

Approche par équipe interfonctionnelle

Commencez par une évaluation officielle des risques : Commencer chaque projet de cobot par une évaluation détaillée des risques. Faire participer les membres de l'équipe interfonctionnelle (ingénierie, opérateurs, agents de sécurité) à la détermination des dangers et des modes de défaillance.

L'équipe devrait comprendre des spécialistes des robots qui comprennent les capacités et les limites techniques, des professionnels de la sécurité qui connaissent les normes et les méthodes d'évaluation des risques pertinentes, du personnel de production qui comprend le déroulement du travail et les facteurs humains, et du personnel de maintenance qui sera responsable de l'entretien continu du système.

Conception itérative et essais

La conception de la zone de sécurité devrait être itérative, avec des calculs initiaux affinés par simulation et par test. Les outils de mise en service virtuels permettent de tester des scénarios de sécurité avant l'installation physique, en identifiant les problèmes potentiels au début du processus de conception.

Les déploiements de pilotes dans des environnements contrôlés offrent un apprentissage précieux avant leur mise en oeuvre à grande échelle, ce qui permet aux exploitants d'acquérir de l'expérience avec le système collaboratif, de révéler des modèles d'interaction imprévus et de valider l'efficacité et la pratique des mesures de sécurité.

Documentation complète

La documentation complète de la conception de la sécurité, de l'évaluation des risques et des essais de validation crée une base pour un fonctionnement sécuritaire continu. La documentation devrait comprendre des descriptions détaillées de toutes les zones de sécurité, la justification de leur conception, les spécifications et le placement des capteurs, la logique et les délais de réponse du système de sécurité, et les résultats des essais de validation.

Les procédures d'exploitation doivent être clairement documentées et facilement accessibles à tout le personnel qui interagit avec le système robotisé collaboratif. Ces procédures doivent être rédigées en langage clair avec des aides visuelles, le cas échéant.

Formation continue et perfectionnement des compétences

La formation initiale de tout le personnel qui interagira avec le système robotisé collaboratif est essentielle, mais la formation doit être continue pour maintenir les compétences et s'attaquer aux changements dans le système ou la main-d'oeuvre.

L'évaluation des compétences permet de s'assurer que les travailleurs maîtrisent vraiment les compétences et les connaissances nécessaires. La formation de recyclage devrait être fournie périodiquement et chaque fois que des changements importants sont apportés au système.

Conformité et certification réglementaires

La conformité aux règlements de sécurité applicables est à la fois une exigence légale et une obligation éthique. Comprendre le paysage réglementaire et les exigences de certification permet de s'assurer que les déploiements collaboratifs de robots répondent à toutes les normes nécessaires.

Comprendre les normes applicables

Les normes de sécurité pour la robotique ne sont pas des suggestions. Ce sont des exigences techniques codifiées qui définissent comment les robots doivent être conçus, comment les cellules de travail doivent être intégrées et comment les applications collaboratives doivent être validées avant un cycle de production unique.

Les organisations doivent identifier toutes les normes applicables à leur application et à leur juridiction spécifiques, notamment les normes internationales telles que ISO 10218 et ISO/TS 15066, les normes régionales telles que ANSI/RIA R15.06 ou les directives de l'UE, et les normes spécifiques à l'industrie pour des secteurs tels que l'automobile ou les dispositifs médicaux.

Évaluation et certification par une tierce partie

Independent assessment by qualified third parties provides objective verification that safety requirements have been met. Certification bodies can evaluate the design, implementation, and validation of collaborative robot systems against applicable standards. This certification provides assurance to regulators, customers, and other stakeholders that safety has been properly addressed.

Le processus de certification comprend généralement l'examen de la documentation, l'inspection de l'installation physique et l'essai des témoins des fonctions de sécurité.

Responsabilité et assurances

En cas d'incident, une documentation complète sur l'évaluation des risques, les décisions relatives à la conception de la sécurité et les tests de validation démontrent la diligence raisonnable dans la gestion de la sécurité.

Les assureurs peuvent avoir des exigences particulières pour les installations de robots collaboratifs. L'engagement auprès des assureurs au début du processus de conception permet de s'assurer que les mesures de sécurité répondent à leurs attentes et peuvent donner lieu à des conditions d'assurance plus favorables.

Études de cas et exemples pratiques

L'examen des implémentations réelles de robots collaboratifs avec des zones d'exploitation sûres calculées fournit des informations précieuses sur les défis pratiques et les solutions efficaces.

Opérations de l'Assemblée

Dans les applications d'assemblage, les robots collaboratifs travaillent souvent avec des opérateurs humains qui effectuent des tâches exigeant de la dextérité ou du jugement tandis que le robot gère des opérations répétitives ou ergonomiques difficiles.

Les solutions typiques utilisent la surveillance de la vitesse et de la séparation avec plusieurs zones. Lorsqu'aucun opérateur n'est présent, le robot fonctionne à pleine vitesse. À l'approche d'un opérateur, le robot ralentit à une vitesse de collaboration sûre. Si l'opérateur entre dans l'espace de travail immédiat, le robot peut s'arrêter complètement ou passer au mode manuel pour permettre une interaction directe.

La limitation de la force est souvent utilisée comme mesure de sécurité de secours, assurant que même si le contact se produit, les forces restent dans des limites de sécurité.

Frais de vente des machines

Les applications de manipulation de machines impliquent le chargement et le déchargement de pièces de robots à partir d'autres équipements tels que les machines CNC ou les presses à moulage par injection. Ces applications utilisent souvent un arrêt surveillé évalué en sécurité, le robot fonctionnant de manière autonome à grande vitesse lorsqu'il n'y a pas d'humain, puis s'arrêtant lorsqu'un opérateur a besoin d'accéder à la zone.

Les zones de sécurité sont généralement conçues pour empêcher l'accès humain à l'espace de travail du robot pendant son fonctionnement autonome tout en permettant un accès sûr lorsque le robot est arrêté.

Le défi dans ces applications est de minimiser le temps de cycle perdu pour les arrêts de sécurité tout en assurant une protection complète. L'emplacement prudent des capteurs et l'optimisation des chemins de robot peut réduire la fréquence et la durée des arrêts tout en maintenant la sécurité.

Emballage et palettisation

Les applications d'emballage et de palettisation impliquent souvent la manutention de charges utiles relativement lourdes à des vitesses modérées. Les zones d'exploitation sûres doivent tenir compte de l'énergie cinétique accrue du robot chargé et du potentiel de chute ou d'éjection des objets.

Ces applications utilisent souvent des barrières physiques pour les parties à grande vitesse du mouvement du robot, les zones de collaboration étant limitées aux zones où l'interaction humaine est nécessaire, comme le chargement des produits ou l'ajustement des matériaux d'emballage. La surveillance de la vitesse et de la séparation permet au robot de ralentir lorsque les travailleurs sont à proximité tout en maintenant la productivité lorsque la zone est libre.

La conception de l'effecteur final est essentielle dans ces applications. Les pinces doivent être conçues pour minimiser les points de pincement et assurer la sécurité de la charge utile pour éviter les chutes.

Outils et logiciels pour le calcul des zones de sécurité

Des outils logiciels modernes tels que SISTEMA (développé par l'IFA Allemagne) peuvent aider à calculer les niveaux de performance en matière de sécurité basés sur l'architecture du système et l'utilisation prévue.

Logiciel de simulation et de modélisation

Le logiciel de simulation robot permet de visualiser et de tester les zones de sécurité avant leur mise en œuvre physique. Ces outils peuvent modéliser la cinématique robot, la couverture des capteurs et les modèles de mouvement humain pour prédire le comportement du système selon différents scénarios.

Des outils de simulation avancés peuvent effectuer une analyse de portée pour déterminer l'enveloppe maximale de l'espace de travail du robot, la détection des collisions pour identifier les scénarios de contact potentiels et l'analyse du temps de cycle pour évaluer l'impact des mesures de sécurité sur la productivité.

Logiciel d'évaluation des risques

Des logiciels spécialisés d'évaluation des risques guident les utilisateurs par des processus systématiques d'identification des risques et d'évaluation des risques, qui intègrent souvent des modèles fondés sur la norme ISO 12100 et d'autres normes, en veillant à ce que les évaluations suivent des méthodes reconnues.

Les outils d'évaluation des risques peuvent comprendre des bases de données sur les dangers communs et les mesures d'atténuation, ce qui aide les utilisateurs à cerner les problèmes qu'ils pourraient négliger autrement.

Outils de calcul des performances de sécurité

Les outils de calcul des niveaux de performance en matière de sécurité aident à déterminer si les systèmes de sécurité répondent aux normes de fiabilité requises.Ces calculs tiennent compte de l'architecture des circuits de sécurité, de la fiabilité des composants individuels et de la couverture diagnostique pour déterminer le niveau de performance en matière de sécurité global.

Les calculs du niveau de performance sont essentiels pour démontrer la conformité à des normes comme la norme ISO 13849, qui précise les niveaux de performance requis en fonction des résultats de l'évaluation des risques.

Conclusion : Construire une culture de la sécurité

La mise en place de zones d'exploitation sûres pour le déploiement collaboratif de robots est fondamentalement un défi technique qui nécessite une analyse minutieuse, des calculs précis et une validation approfondie. Toutefois, les mesures techniques seules ne suffisent pas à assurer la sécurité.

Cette culture commence par l'engagement du leadership en matière de sécurité comme valeur fondamentale, et non seulement comme exigence de conformité. Elle exige des investissements dans la conception appropriée, des composants de qualité et une formation complète.

Les avantages de la robotique collaborative – une productivité améliorée, une meilleure ergonomie et une flexibilité accrue – ne peuvent être pleinement réalisés que lorsque la sécurité est correctement prise en compte. En suivant les normes établies, en utilisant une évaluation systématique des risques, en calculant les zones de sécurité appropriées et en mettant en place des systèmes de surveillance robustes, les organisations peuvent créer des environnements de collaboration où les humains et les robots travaillent ensemble de façon sûre et efficace.

À mesure que la technologie des robots collaboratifs continuera de progresser, de nouvelles capacités permettront de resserrer et de perfectionner encore l'interaction entre les robots humains et les robots, ce qui entraînera de nouveaux défis en matière de sécurité qui doivent être relevés grâce à l'élaboration continue de normes, de technologies et de pratiques exemplaires.

Pour obtenir des ressources supplémentaires sur les meilleures pratiques de sécurité et d'automatisation industrielle des robots collaboratifs, visitez L'Association des industries de la robotique et L'Organisation internationale de normalisation.L'Administration de la sécurité et de la santé au travail fournit également des conseils précieux sur les exigences de sécurité au travail.