Collaboration homme-robot : les cinq plus grands défis

Les robots collaboratifs modernes permettent d'automatiser efficacement des processus de production qui, jusqu'à récemment, étaient considérés comme impossibles. Grâce à la collaboration étroite entre le robot et l'homme, même des sous-étapes flexibles et complexes peuvent être mises en œuvre avec une productivité élevée. Cela nécessite toutefois des solutions et des concepts de sécurité dynamiques afin de surmonter les défis liés à la protection de l'interaction entre l'homme et la robotique. La sécurité est la priorité absolue, en particulier pour la collaboration directe homme-robot (HRC), c'est-à-dire lorsque les deux sont actifs simultanément dans le même espace de travail.

La vaste gamme de capteurs de SICK offre des solutions innovantes et intelligentes pour cela avec des technologies de capteurs pour la vision robotique, la robotique sûre, outil de bras de robot manipulateur et le retour de position. Nous avons identifié les cinq plus grands défis de la HRC et présentons une nouvelle solution de sécurité révolutionnaire.

De nombreux secteurs industriels sont de plus en plus confrontés à un dilemme : d'une part, il y a une pénurie de main-d'œuvre qualifiée et, d'autre part, il faut étendre les capacités de production et assurer la qualité de fabrication. Une automatisation complète avec une refonte complète du processus n'est cependant pas toujours pratique et économique. Une automatisation progressive des sous-processus offre, dans certains cas, une solution au problème. Il s'agit d'automatiser partiellement les postes de travail manuels à l'aide de robots collaboratifs ou de les transformer en postes de travail hybrides. Grâce aux nombreux avantages de l'automatisation partielle, le développement de la collaboration homme-robot prend de l'ampleur. Mais comme les humains et les robots travaillent de plus en plus étroitement ensemble, les exigences en matière de sécurité évoluent également. 

Etat de l'art en matière de collaboration homme-robot

Les cobots ont révolutionné le marché des robots. La simplicité avec laquelle ils peuvent être intégrés et programmés permet désormais généralement une mise en œuvre sans problème des applications robotiques. En même temps, les cobots sont sûrs : Grâce aux fonctions de sécurité déjà intégrées, telles que la surveillance sûre de la force et de la vitesse et une conception collaborative du bras du robot sans angle ni arête vive, ils sont parfaitement adaptés à une collaboration étroite avec les humains. Ce qui pose toutefois réflexion, c'est la zone de l'outil ou de la pièce à usiner qui, dans de nombreux cas, n'est pas automatiquement protégée par les mesures de protection intégrées au cobot. C'est notamment pour cette raison qu'une véritable collaboration homme-robot sûre, efficace et productive n'a pas encore atteint l'acceptation attendue. Pour que les applications HRC puissent fonctionner en toute sécurité, certaines valeurs limites de pression ne doivent pas être dépassées aux points d'écrasement potentiels. Lorsque les surfaces de contact sont petites, par exemple au niveau des bords de l'outil ou de la pièce, ces valeurs limites ne peuvent être respectées - voire pas du tout - qu'en limitant drastiquement la vitesse du robot. Il peut également être nécessaire d'utiliser des outils collaboratifs coûteux. Les applications HRC ne sont donc souvent pas suffisamment efficaces et sûres à mettre en œuvre, ni assez productives à exploiter. De nombreux opérateurs évitent ces limitations, se passent des avantages du HRC et protègent l'application de manière traditionnelle, par exemple en utilisant des protecteurs ou des scanners laser de sécurité. 

Il y a aussi la question de l'acceptation par les opérateurs, c'est-à-dire ceux qui travaillent quotidiennement en étroite collaboration avec les robots. Toutes les mesures de protection actuellement disponibles ne prennent effet qu'en cas de contact ou d'écrasement. Il est clair que les humains se sentiraient mal à l'aise à ce sujet et ne feraient pas entièrement confiance à l'application de sécurité.

Cinq défis de la collaboration homme-robot

Pour les fabricants et les exploitants d'automates et d'installations, l'automatisation assistée par robot des différentes étapes de travail est indispensable pour rester compétitifs. Nous avons examiné de près les cinq plus grands défis qui se posent à cet égard :

1. Une application robotique doit être simple, rapide et rentable à construire.

Pour adapter un robot relativement rapidement aux postes de travail manuels d'aujourd'hui, il n'y a pas d'autre choix que d'utiliser des cobots : ils sont rapides à installer, faciles à utiliser après une courte formation et sont également relativement peu coûteux à l'achat. Un cobot, avec ses fonctions de sécurité intégrées et sa conception intrinsèquement sûre, satisfait également aux conditions de base d'un partenariat collaboratif entre l'homme et le robot.

2. L’application collaborative doit être librement accessible sans enceinte.

Les opérateurs doivent souvent contrôler les différentes étapes de travail ou les résultats du travail et, si nécessaire, pouvoir prendre des mesures correctives sans que le processus de travail du robot ne soit interrompu par les dispositifs de protection traditionnels utilisés pour détecter la présence de personnes. C'est pourquoi seule une collaboration sans restriction entre l'homme et le robot peut ouvrir de nouvelles possibilités pour des processus de production efficaces.

3. Comment l’application HRC permet-elle d’atteindre la productivité et l’efficacité requises d’une part, ainsi que la réduction des risques nécessaire ?

Pour assurer une protection productive de l'application collaborative, vous avez besoin de mesures de sécurité pour la protection des personnes qui se concentrent sur la zone dangereuse de l'outil et permettent de minimiser les champs de protection :

a. Évaluation des risques et ingénierie sécuritaire

La productivité commence dès la phase d'ingénierie : pour concevoir et mettre en œuvre efficacement le concept de sécurité, les risques associés à l'interaction entre les humains et les robots doivent être identifiés, évalués et réduits de manière ciblée pour l'application spécifique.

b. Sécurité vs disponibilité

Fonctionnement productif et sans interruption du robot afin, d'une part, de garantir la sécurité dans une approche d'application collaborative et, d'autre part, d'atteindre un niveau de productivité qui rend l'exploitation du robot économique.

c. Coûts de la solution de sécurité

Les coûts de la solution de sécurité doivent être raisonnablement proportionnels aux coûts de l’application globale.

4. Comment HRC parvient-il à l’ergonomie souhaitée sur le lieu de travail et à l’acceptation des collaborateurs humains ?

Les mesures de protection actuelles pour les applications collaboratives reposent sur des technologies basées sur le contact. Celles-ci permettent de toucher ou d'écraser une main ou une autre partie du corps humain, les forces générées étant surveillées et, si les valeurs limites sont dépassées, un arrêt est déclenché. Cela peut entraîner des problèmes d'acceptation potentiels de la part des opérateurs. Les mesures de protection doivent donc être mises en œuvre par des moyens sans contact.

5. Quand le HRC est-il économique ?

Pour que l'application robotique puisse être exploitée de manière économique, elle doit être efficace et productive dans son utilisation opérationnelle, en liaison avec les mesures de réduction des risques nécessaires. La rentabilité commence déjà avant l'exploitation : avec le choix de mesures de protection adaptées et efficaces qui garantissent d'une part la sécurité des personnes et d'autre part le budget du projet en termes de coûts d'achat ainsi que de travail de validation et de mise en service.

Processus HRC fluides grâce à End-of-Arm-Safeguard (EOAS) 

SICK a étudié ces défis de manière approfondie et propose une solution optimale avec sa technologieEnd-of-Arm-Safeguard (EOAS). La première technologie EOAS au monde, développée en collaboration avec Universal Robots (UR), maintient l'équilibre entre productivité et sécurité pour les applications collaboratives. L'EOAS est installé directement sur la bride du robot, crée un champ de protection conique autour de l'outil et de la pièce et protège ainsi efficacement cette zone. Le robot transporte en permanence le capteur et le champ de protection, de sorte que le dispositif de protection sans contact n'agit que là où il existe un risque réel d'écrasement de l'outil et de la pièce. 

En cas d'interruption du champ de protection de l'EOAS, le robot arrête immédiatement son mouvement en fonction de la situation. Dès que le champ de protection est à nouveau libre, le robot peut reprendre automatiquement son mouvement. Contrairement aux applications de collaboration homme-robot qui sont protégées par la fonction de limitation de force et de pression du robot, un robot avec EOAS atteint généralement des vitesses plus élevées car ces fonctions peuvent être implémentées différemment dans la zone des outils lors de l'utilisation de l'EOAS.

Mesure de protection sans contact – efficace et économique

End-of-Arm-Safeguard permet la protection sans contact des applications de collaboration homme-robot dans la zone des outils. Grâce au petit champ de protection, il permet de nouvelles applications HRC sans protecteur et donc ouvertement accessibles : les humains peuvent travailler avec le cobot en même temps et dans le même espace de travail. La sécurité est assurée, le robot est arrêté avant même que des situations d'écrasement ne surviennent dans la zone outil/pièce. Des pinces collaboratives spéciales, des modifications de conception à proximité de l'outil (arrondi des coins/arêtes, incorporation de capots de protection, etc.) ou des vitesses de déplacement extrêmement lentes des cobots ne sont généralement plus nécessaires. 

La validation obligatoire des mesures de protection pour les applications HRC est également considérablement facilitée, car les points dangereux protégés par l'EOAS ne doivent plus être validés par des mesures de pression et de force fastidieuses. Cela peut entraîner des économies de coûts considérables. Le champ de protection relativement petit présente également l'avantage de n'occuper aucune zone productive, ce qui favorise l'utilisation économique du hall de production.

EOAS crée l'acceptation et la confiance

L'EOAS place un champ de protection local autour de la pièce et de la pince. Contrairement aux mesures de protection jusqu'à présent utilisées, qui reposent uniquement sur la limitation de la force et de la puissance, cela permet d'éviter tout risque d'écrasement. L'homme peut ainsi se déplacer librement et facilement à proximité immédiate du robot actif et collaborer étroitement avec lui. L'EOAS augmente ainsi l'acceptation de la collaboration homme-robot, crée un climat de confiance et améliore les conditions de travail.

Configuration et installation intuitives ainsi qu'une ingénierie rapide

Avec EOAS, une nouvelle solution de sécurité est disponible et permet une réduction ciblée des risques dans les applications HRC – sans dépasser la cible.

End-of-Arm-Safeguard est installé directement sur la bride du robot. Il est entièrement intégré dans le système de sécurité du robot d'Universal Robots via le EOAS Safety URCap et peut être configuré de manière intuitive et rapide à l'aide de l’UR Teach Pendant. Un véritable système plug and play. Le système EOAS est actuellement conçu pour les applications d'Universal Robots et sera également disponible pour d'autres systèmes à l'avenir.

EOAS a le potentiel de changer la donne dans le domaine des cobots. Grâce à ses nombreux avantages, il permet enfin à l'industrie de mettre en œuvre des applications HRC sûres non seulement dans des applications de niche, mais également dans tous les domaines. 

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