Robotique collaborative - D. TIHAY Prévention des TMS par les nouvelles technologies 23/11/17 - Carsat Nord Picardie
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Robotique collaborative
Prévention des TMS par les nouvelles technologies – 23/11/17
D. TIHAY
Evolution du contexte de la robotique industrielle
- Robot isolé - Proximité de l’homme et du robot
- Espaces de travail distincts (hors maintenance…) - Espace de travail commun
- Protection périmétriques physiques - Absence de protections périmétriques physiques
- Arrêt du robot par coupure d’énergie - Arrêt du robot sous énergie
- Butées mécaniques - Butées logicielles
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Evolution du contexte de la robotique industrielle
• Apparitions de risques mécaniques supplémentaires
> Chocs,
> Ecrasement,
> Sectionnement,
> Asphyxie.
Questions santé et sécurité
Questions relatives à la fiabilité des solutions techniques
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Contexte réglementaire et normatif
• Les robots industriels relèvent de la directive 2006/42/CE
Application des Exigences Essentielles de Santé et de Sécurité
relatives à la conception et à la construction des machines
• Normes :
NF EN ISO 10218-1 : Exigences de sécurité pour les robots industriels - Robots
NF EN ISO 10218-2 : Exigences de sécurité pour les robots industriels – Systèmes
robots et intégration
ISO/TS 15066 : Spécification technique – Robots coopératifs
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Contexte réglementaire et normatif
NF EN ISO 10218 -1 & 2 Directive 2006/42/CE
Absence d’outil et de
Robot
industriel
mesure de prévention Quasi-machine
Système robot Equipé d’un outil, absence de
industriel mesure de prévention
Equipé d’un outil et de Machine
Cellule robotique industrielle
mesures de prévention
Cellule non Cellule
collaborative collaborative
Conformité Robot industriel
Eléments de
sécurité
≠
spécifiques Conformité Système de robot industriel
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Robotique collaborative
• Norme NF EN ISO ISO 10218-1 envisage 4 modes de collaboration
Arrêt nominal de sécurité contrôlé (§5.10.2)
Guidage Manuel (§5.10.3)
Contrôle de la vitesse et de la distance de séparation (§5.10.4)
Limitation de la puissance et de la force par conception ou par
commande (§5.10.5)
Combinaison possible de plusieurs modes
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Robot collaboratif
• Arrêt nominal de sécurité contrôlé
• Arrêt du robot lorsque l’opérateur se trouve dans
l’espace de travail coopératif
arrêt de catégorie 2 (arrêt contrôlé sous alimentation) Source : ABB
avec surveillance d’immobilisation
Phase de ralentissement possible avant arrêt
• Reprise du fonctionnement du robot lorsque
l’opérateur quitte l’espace de travail coopératif Source : Cermex
Source : Paristech
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Robot collaboratif
• Guidage manuel
• Le robot est guidé manuellement par l’opérateur
Contact permanent entre l’opérateur et le robot
Utilisation en production ou en phase d’apprentissage Source : Kuka
• Le robot doit :
Être équipé d’un dispositif de validation
Fonctionner à vitesse réduite (vitesse nominale de sécurité contrôlée)
> En cas de non respect de la vitesse, arrêt de protection du robot
Source : RB3D
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Robot collaboratif
• Contrôle de la vitesse et de la distance de séparation
• Maintien d’une vitesse déterminée
• Maintien d’une distance de séparation entre le
robot et l’opérateur
En cas de non respect de la vitesse ou de la distance, Source : Projet Saphari
arrêt de protection du robot
• Aujourd’hui, pas de solutions industrielles fiables
Détection de l’opérateur par module implanté sur le robot (technologie capacitive, ultrason …)
Détection et suivi de l’operateur par un module extérieur (caméra …)
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Robot collaboratif
• Limitation de la puissance et de la force
Source : Kuka MRK
• Mode de collaboration qui admet le contact homme/robot
• Surveillance sûre de la force et de la puissance développée par le robot
En cas de dépassement des valeurs limites, un arrêt de protection doit être enclenché
• Analyse de risque préliminaire décisive sur la faisabilité à mettre en œuvre ce mode de collaboration
• Détermination des valeurs limites conformément à ISO/TS15066
• Détection de contact
(Mesure de courant moteur, capteur d’effort, détection capacitive, résistive ….)
• Réduction de l’effet
(Réduction de la masse du robot, actionneur à raideur variable , suppression des angles et parties saillantes, mise en œuvre de matériau souple …)
23/11/2017
.10Besoins des utilisateurs ?
• Recensement des pratiques industrielles
Comment l’entreprise satisfait (ou pas) ses besoins de coactivité ?
• Identification des besoins de coactivité
Origine du besoin
Caractéristiques de la coactivité (nature, fréquence…)
• Analyse de la prise en compte des contraintes de l’entreprise
L’entreprise a-t-elle identifié des contraintes inhérentes à la coactivité ?
Est elle prête à les accepter ?
• Analyse de l’utilisabilité des moyens de préventions
Confrontation des modes de collaboration et des besoins
Confrontation des moyens de protection et des besoins
23/11/2017
.11Besoins des utilisateurs ?
• Rencontre d’entreprises utilisatrices de robots industriels
42 entretiens semi-directifs menés par un binôme « ingénieur - ergonome »
5% Direction
(DG, Direction études…)
7% 9%
Méthodes
(Travaux neufs, Res. Méthodes, technicien…)
Production
(Resp. production, chef d'équipe, opérateur…)
29% 50% Maintenance
(Resp. maintenance, technicien …)
Pluridisciplinaire
(HSE, Maintenance, CHSCT …)
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.12Besoins des utilisateurs ?
• 21 entreprises
> Toutes tailles : TPE, PME, ETI
> Secteur d’activités variés
• Automobile (3)
• Médical
• Aéronautique (2)
• Télécommunications
• Electroménager
• Fabrication produits métalliques (2)
• Fabrication produits plastiques (2)
• Maroquinerie (2)
• Industries alimentaires (3)
• Industries du bois (3)
• Bâtiment
23/11/2017
.13Besoins des utilisateurs ?
• 27 cellules robotisées
> Perçage, Soudage
> Encollage, Assemblage
> Contrôle
> Manutention
(palettisation, dépalettisation, déboxage, approvisionnement et déchargement machine)
• 8 robots collaboratifs (Yumi,UR3,UR5,UR10,Fanuc CR35iA)
dont 7 en situation de « coactivité »
Absence de cloisons autour du robot
23/11/2017
.14Besoins des utilisateurs ?
• Intérêt pour la coactivité :
Exprimé spontanément (Phase1)
36%
45%
Exprimé après suggestion (Phase2)
Absence d'intérêt
19%
64 % des entreprises ont montré un intérêt pour la coactivité
23/11/2017
.15Besoins des utilisateurs ?
> 64 % des entreprises ont montré un intérêt pour la coactivité
Expression du besoin de coactivité
Faciliter la réalisation des opérations de maintenance 27,3%
(entretien, nettoyage, surveillance)
Faciliter la réalisation des opérations liées au process à proximité du robot 18,2%
(chargement / déchargement, prélèvement, opération manuelle...)
Réduire de l'occupation au sol de la cellule 15,2%
(passage plus aisé, intégration du robot sur une ligne existante)
Réduire les TMS 9,1%
Pallier à des problèmes techniques 9,1%
Vitrine technologique 9,1%
Faciliter la réalisation d’opération de réglages 6,1%
Améliorer la mobilité et la réutilisation du robot 6,1%
23/11/2017
.16Besoins des utilisateurs ?
> 64 % des entreprises ont montré un intérêt pour la coactivité
⇒Partage d’espace de travail 61 %
⇒ Travail sur des pièces différentes, absence de tâches communes
⇒Collaboration indirecte 11 %
⇒ Travail sur une même pièce, actions alternées
⇒Collaboration directe 28 %
⇒ Travail sur une même pièce, actions simultanées
23/11/2017
.17Besoins des utilisateurs ?
> 64 % des entreprises ont montré un intérêt pour la coactivité
Modes de protection
Mode 1 (Arrêt nominal de sécurité contrôlé) 26
Intérêt : arrêt de catégorie 2 Inconvénient : distance de sécurité
Mode 2 (Guidage manuel) 9
Intérêt : apprentissage et réduction TMS
Mode 3 (Contrôle de la vitesse et de la distance de séparation) 1
Mode 4 (Limitation de la puissance et de la force par conception ou par commande) 17
Intérêt : essentiellement en maintenance et en complément à d’autres moyens de protections
Inconvénients: vitesse réduite et charge limitée
> Pas d’autres propositions exprimées au cours des entretiens
23/11/2017
.18Besoins des utilisateurs ?
> 64 % des entreprises ont montré un intérêt pour la coactivité
Pas d'intérêt
Intérêt et recours
éventuel
Intérêt mais recours
non envisagé
Seules 40% des entreprises envisagent de recourir à une situation de coactivité
23/11/2017
.19Besoins des utilisateurs ?
> Conscience des risques
Chocs, collisions
2%
8%
7% RPS, stress >Non acceptation des limites
45% Projections,
13%
chutes de pièces - Vitesse réduite incompatible avec les temps de cycle
Brûlures - Distances de sécurité trop importantes
- Risques d’arrêts intempestifs
Poussières
25% - Charge admissible du robot trop faible
Pincements,
écrasements
23/11/2017
.20Conclusion / Perspective
Besoin de coactivité exprimé dans 64% des cas
Attentes
> Gain de productivité (optimisation, pallier à des problèmes techniques…)
> Gain de flexibilité (intégration, mobilité, adaptabilité, réactivité …)
> Amélioration des conditions de travail
Coactivité envisagée par 40% des personnes interviewées
Mode de protection envisagés
> Mode 1 et mode 4
Mise en œuvre délicate => Ouverture en 2018 d’une étude sur la mise en
œuvre d’un îlot flexible avec robot mobile.
23/11/2017
.21Notre métier, rendre le vôtre plus sûr
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