Sous-chapitre 3.9
Sécurité des robots
Nous avons résumé ci-dessous les informations essentielles concernant les principes de sécurité applicables à votre application robotique. Découvrez comment empêcher l'accès aux zones dangereuses, limiter les mouvements du robot et garantir une interaction homme-robot en toute sécurité. Découvrez le rôle des barrières de sécurité, des systèmes de détection avancés et l'importance de la planification des espaces de travail collaboratifs.
Normes et règles essentielles pour la sécurité des robots
Les robots sont incroyablement polyvalents et offrent des solutions d'automatisation économiques. Cependant, ils peuvent aussi s'avérer assez dangereux.
Les robots de grande taille et à grande vitesse peuvent causer des blessures très graves par écrasement ou choc. C’est pourquoi la sécurité des robots a fait l’objet d’une normalisation internationale dans les normes (FR) ISO 10218-1 et -2, et aux États-Unis dans la norme ANSI/RIA R15.06, qui est pratiquement identique. Par ailleurs, une norme relative aux robots mobiles a été publiée sous la référence ANSI/RIA R15.08. Certaines règles de sécurité essentielles sont présentées ci-dessous.
La sécurité des robots repose sur trois éléments :
- Empêcher l’accès des personnes.
- Limiter les mouvements du robot.
- Rendre le contact physique sûr.
Le troisième élément, à savoir rendre le contact physique sûr, est un concept relativement nouveau, souvent appelé « fonctionnement collaboratif des robots ». Il s’agit d’un système robotique spécialement conçu permettant à un opérateur et à un robot de travailler dans un même espace de travail ou dans des espaces de travail qui se chevauchent. Il convient tout d’abord de planifier l’espace de travail collaboratif ainsi que l’interaction souhaitée entre l’humain et le robot. Ensuite, les risques sont identifiés et des mesures de sécurité appropriées sont mises en œuvre.
Qu'est-ce qu'une “application de robot collaboratif” ?
Depuis quelques années, un grand enthousiasme s'est répandu dans l'industrie autour des "cobots", un terme abrégé de "robot collaboratif". Il est intéressant de noter que le terme n'a jamais été accueilli par les fabricants de robots, ni n'est jamais apparu dans les normes de sécurité.
Le terme « cobot » est souvent associé à l’idée erronée selon laquelle il existerait un type de robot capable de fonctionner en toute sécurité dans pratiquement n’importe quelle application sans mesures supplémentaires. Or, de tels robots n’existent pas dans la réalité.
Pour lutter contre cette idée fausse, les toutes nouvelles versions des normes internationales de sécurité des robots (EN) ISO 10218-1 et -2 parlent d’« application collaborative », montrant ainsi qu’il ne s’agit pas simplement d’un type particulier de robot. Ces normes introduisent également un système de classification des robots ainsi que des exigences détaillées en matière d’évaluation des risques et de mesures de sécurité à mettre en œuvre dans les applications collaboratives.
Dans une application collaborative, un robot peut interagir directement avec les opérateurs. Cela peut impliquer un contact physique au cours duquel le robot pourrait pincer, bousculer ou heurter l’opérateur. Pour garantir que cela n’entraîne pas de blessure, la vitesse de déplacement et la force du robot doivent être réduites.
(EN) ISO 10218-2:2025 inclut désormais une description de ce que l’on appelle le « modèle corporel ». Elle définit des valeurs limites de force par centimètre carré et des valeurs limites d’énergie en joules pour différentes parties du corps. Des valeurs très faibles s’appliquent à la région de la tête : les yeux, les oreilles, le visage, le cou et les tempes sont en effet très sensibles aux chocs.
Malgré la force, la vitesse et les énergies d’impact limitées exercées, l’outil en bout de bras, les pièces à usiner et le type d’interaction doivent être analysés afin de créer une application véritablement sûre.
Classes de robot
Les robots industriels sont catégorisés en deux groupes, classe I et II. Les robots industriels de classe I ont une faible capacité de charge, se déplacent relativement lentement et exercent peu de force en cas d'impact. Cela les rend adaptés à une utilisation directe autour des personnes.
Les robots de classe I doivent respecter des limites strictes concernant le poids, la force et la vitesse maximale. S'ils le font, les fonctions de sécurité de leur système de contrôle doivent atteindre un niveau de fiabilité de PLr = b ou SIL 1 seulement, contrairement à PLr = d ou SIL 2 pour les robots de classe II.
La faible force et la vitesse permettent un contact direct entre le robot et les personnes. Le contact “transitoire” et “quasi-statique” peut causer de la douleur mais pas de blessures aux opérateurs.
Mais la force et la vitesse ne sont pas les seuls facteurs déterminant le risque. L'“effecteur terminal” ou outil de bout de bras joue un rôle vital. Il pourrait être pointu, tranchant ou chaud. Les applicateurs pourraient pulvériser, appliquer ou injecter des matériaux toxiques.
Sécurité dans les espaces de travail collaboratifs
Lorsque un opérateur humain et un robot partagent un espace de travail collaboratif, la sécurité est déterminée non seulement par le robot mais par la combinaison d'outils, de pièces à travailler et de tâches à réaliser par le robot et la personne.
Dans de nombreuses applications, on distingue les opérations non collaboratives et les opérations collaboratives. Pendant une partie du processus, le robot fonctionne de manière autonome, à une vitesse et avec une force accrues. Mais il s'approche ensuite d'un poste de préhension et de dépose où travaille une personne. Cette phase de transition peut présenter des risques.
Trois fonctions de sécurité sont disponibles :
HGC – Pour former les robots, on utilise souvent le mode de commande guidée à la main. Les pièces mobiles du robot sont sous tension mais peuvent être déplacées manuellement vers les emplacements souhaités – un poste de préhension et de dépose, par exemple. Le système de commande du robot empêche tout « mouvement surprise » dangereux.
SSM – La surveillance de la vitesse et de la distance comprend des capteurs qui détectent l’entrée ou la sortie d’une personne dans un espace de travail collaboratif. Le robot ralentit et/ou s’arrête à temps. Une fois que la personne est partie ou se trouve à une distance de sécurité des pièces mobiles, le robot reprend son fonctionnement.
PFL – La pression et la force d’un éventuel contact peuvent être limitées. Cela est rendu possible soit par un robot de classe I intrinsèquement « faible » et lent, soit par des fonctions de sécurité électroniques.
Pourquoi les espaces de travail collaboratifs peuvent avoir besoin de clôtures ou de barrières
Les concepteurs de systèmes imaginent souvent une application de robot collaboratif qui n'a pas de frontières et qui est « sans clôture ». Cependant, les normes de sécurité exigent que des limites claires soient définies pour l'opération collaborative des robots.
Les clôtures ou barrières peuvent aider à définir un “espace protégé” sans entraver la collaboration.
Une clôture de sécurité ou une barrière piétonnière peut empêcher les gens d'entrer dans un espace de travail collaboratif par le mauvais côté. Elle peut aussi séparer un espace de travail collaboratif des allées ou des passages pour véhicules.
Une basse “barrière de sensibilisation” peut alerter les gens sur le fait qu'ils entrent dans une zone potentiellement dangereuse.
Les deux peuvent améliorer l'efficacité de l'opération, car le robot devra s'arrêter moins souvent parce que les gens s'approchent trop près.
Évaluation des risques des applications des robots collaboratifs.
Même si un robot lent et à faible force est utilisé dans un environnement de fonctionnement collaboratif, les tâches et opérations peuvent impliquer des risques. L'évaluation des risques est obligatoire conformément aux normes de sécurité applicables.
Suivez ces étapes lors de l'évaluation des risques d'une application de robot collaboratif :
Étape 1 – Déterminez les objets de travail
Étape 2 – Sélectionnez les outils de bout de bras
Étape 3 – Déterminez l'équipement stationnaire et les autres machines nécessaires
Étape 4 – Déterminez les opérations de travail du robot et des opérateurs
Étape 5 – Découvrez combien d'espace est nécessaire et combien est disponible
Étape 6 – Recherchez les dangers
Ne suivez pas l'approche standard consistant à chercher immédiatement des dangers. Le risque dans les applications collaboratives est une combinaison complexe de pièces de machine en mouvement et des actions imprévisibles des humains. Tenez compte des comportements typiques tels que les réflexes, les mouvements surprises, la distraction, le mauvais jugement des situations et l'écart délibéré par rapport aux instructions.
Trois maximes de sécurité doivent être respectées dans tous les cas :
Ne comptez pas (uniquement) sur le faible poids, la force et la vitesse du robot.
Dans la mesure du possible, prévenez tout contact délibéré et involontaire entre le robot et les opérateurs.
Évitez de déplacer un robot à une hauteur qui place des préhenseurs et d'autres outils de bout de bras près de la tête ou du visage des opérateurs.
Pour une description détaillée de l'évaluation des risques pour les applications de robots collaboratifs, voir (FR) ISO 10218-2:2025 sections 4.3 et 5.14.
Applications de prélèvement robotique
Les robots sont de plus en plus utilisés pour saisir et placer des biens et des colis afin de compléter des commandes.
Le palettisation est une application de longue date de robots de taille moyenne et grande. Plus récemment, des robots plus petits sont utilisés dans des applications de prélèvement et de placement collaboratifs dans un schéma de commissionnement de commandes "biens-vers-personne". Ces robots peuvent interagir directement avec les personnes parce qu'ils se déplacent à basse vitesse et force.
Risques liés à la commande de commandes robotiques et mesures de sécurité efficaces :
Les robots interfacés avec des systèmes de convoyage et des stations d'emballage peuvent causer des risques de écrasement et de cisaillement. Certains outils robotiques peuvent présenter des dangers.
Mesures de sécurité : Bien que le risque de blessure soit faible, vous voudrez peut-être installer des clôtures de protection basses pour éloigner les gens de ces emplacements dangereux.Les personnes qui se déplacent inutilement dans un "espace collaboratif" peuvent être blessées par un mouvement inattendu. Elles peuvent également amener le robot à s'arrêter fréquemment, interférant ainsi avec l'efficacité de l'opération.
Mesures de sécurité : Installer des clôtures basses, des barrières piétonnes ou des barrières "de sensibilisation" plus basses pour alerter les gens sur les zones qu'ils ne devraient pas entrer et déterminer de quel côté l'espace collaboratif devrait être accessible par les travailleurs.
Sécurité des robots industriels
La sécurité des robots dépend en grande partie de "cellules" fermées avec des clôtures et des portes d'accès. Mais dans de nombreuses applications, des systèmes de surveillance sont en plus nécessaires ou peuvent même remplacer la "cage" du robot.
Systèmes de détection avancés :
- Dans de nombreuses cellules robotisées, on utilise une combinaison de barrières de sécurité avec portes, de barrières lumineuses et de scanners de distance.
- La forme la plus avancée de système de détection est une caméra 3D. Elle doit être installée à une hauteur suffisante au-dessus de l’espace de travail pour garantir qu’elle « voit » toutes les zones dans lesquelles des personnes sont susceptibles de se déplacer.
Il faut veiller à ce qu’aucune personne ne reste à l’intérieur de la zone de danger située derrière les dispositifs de détection. Si cela s’avère possible, des mesures de sécurité supplémentaires peuvent s’avérer nécessaires.
Zones de sécurité pour les robots
La clôture de protection peut être utilisée pour créer un « espace sécurisé » mais elle ne doit normalement pas être utilisée comme un « dispositif de limitation » définissant l'« espace restreint » ou pour arrêter le mouvement des robots. Quelle est la différence ?
Pour garantir la sécurité, l'amplitude de mouvement d'un robot doit être limitée à ce que l'on appelle un « espace restreint ». Cela peut être réalisé à l'aide de « dispositifs de limitation mécaniques ». Les dispositifs de limitation mécaniques sont des blocs ou des goupilles massifs installés sur la plaque de montage du robot ou au niveau des articulations de ses axes principaux.
Cependant, certains concepteurs envisagent d'utiliser des barrières de protection comme « dispositifs de limitation mécaniques ». Ce n'est pas une bonne idée. Lorsqu’un robot de grande taille et/ou à grande vitesse entre en collision avec une barrière de protection, celle-ci oscille d’avant en arrière et, dans de nombreux cas, se déforme de manière irréversible. Cela peut présenter un danger pour les personnes se trouvant à l’extérieur de la cellule robotisée.
(EN) La norme ISO 10218-2:2025, dans sa section 5.7.4.2, déconseille fortement cette utilisation des barrières de protection comme « dispositif d’arrêt du robot » : « La barrière périmétrique ne doit pas être utilisée comme dispositif de limitation lorsque les applications robotiques sont susceptibles de provoquer des déformations dangereuses de la barrière. »
Les barrières périmétriques, telles que les clôtures, sont destinées à empêcher l’accès des personnes, et non à retenir le robot à l’intérieur.
Pour limiter les mouvements du robot, il est préférable d’utiliser :
du matériel et des logiciels de contrôle de mouvement certifiés pour la sécurité, proposés par le fabricant du robot ;
des interrupteurs de fin de course électromécaniques ou de proximité ;
des butées fixes solides proposées par le fabricant du robot (blocs et goupilles).
«Clôtures à sécurité robotisée» – concept ou idée reçue ?
De nombreux fabricants de clôtures affirment que leurs clôtures sont « sécuritaires pour les robots » et certains montrent des résultats de tests indiquant une résistance aux impacts de 2000 joules ou plus.
L'amplitude de mouvement d'un robot – l'« espace maximal » – dépend de sa taille. Les concepteurs de systèmes s'efforcent d'utiliser le moins d'espace au sol coûteux possible. Pour y parvenir, le robot est programmé pour fonctionner dans un « espace de fonctionnement » bien plus restreint. Autour de celui-ci, le concepteur de l'application doit créer un « espace restreint » que le robot ne peut pas quitter. Celui-ci est prévu pour garantir que le robot dispose de suffisamment d'espace pour ralentir et s'arrêter.
Des barrières de sécurité et autres dispositifs de protection créent un « espace de sécurité » dans lequel les personnes ne doivent pas pénétrer pendant le fonctionnement. Celui-ci doit être encore plus grand que l’« espace restreint ». Même en cas de défaillance, le robot ne doit jamais sortir de l’espace de sécurité.
Ainsi, un robot est entouré de trois sphères de taille croissante :
l’espace de fonctionnement (A), où le robot travaille ;
l’espace restreint (B), que le robot ne doit pas pouvoir dépasser ;
l’espace protégé (D), dans lequel les personnes ne doivent pas pénétrer et que le robot ne doit jamais atteindre.
Quelle distance faut-il prévoir entre l’« espace restreint » et la barrière de protection extérieure ? Les barrières de protection en treillis métallique permettent de passer les doigts à travers. Pour garantir que les personnes qui le font ne soient pas blessées par le robot, une distance de sécurité supplémentaire (C) d’au moins 120 mm est nécessaire à l’intérieur de la cellule, entre l’« espace restreint » de mouvement du robot et la clôture de protection.
Ainsi, la clôture de protection n’a pas besoin d’être conçue pour être « sécurisée vis-à-vis du robot », car elle n’est pas destinée à arrêter le mouvement de celui-ci. En effet, le robot doit s’arrêter à une bonne distance de la clôture, même en cas de défaillance.
Cette infographie illustre comment penser de manière critique aux distances de sécurité pour les robots industriels. Apprenez pourquoi les clôtures de sécurité sont importantes, comment les accidents se produisent et quand les clôtures pourraient ne pas être la seule solution. Découvrez les principales considérations pour garder les personnes en sécurité autour des robots.