Travailler en toute sécurité avec des robots collaborants – de la recherche à la normalisation

Quand hommes et robots doivent travailler étroitement ensemble, il est impossible d'exclure totalement les risques de collision. Il est alors important d'éviter que les employés subissent des blessures graves. Les normes relatives aux robots industriels n'offrant pas actuellement d'exigences suffisantes, l'IFA¹et le FA MFS² ont élaboré un manuel contenant un vaste éventail d'exigences. Il est également prévu d'intégrer les contenus de cet ouvrage dans le travail de normalisation.

Dans le domaine des robots industriels, les parties 1 et 2 de la norme ISO 10218 (Robots pour environnements industriels - exigences de sécurité) ont été remaniées et restructurées ces dernières années, ce qui a débouché sur la création d'un nouveau champ d'application : celui des robots collaborants. Ce terme désigne des machines complexes qui travaillent "main dans la main" avec l'homme, en l'aidant et en lui facilitant le travail pour des opérations qu'ils effectuent ensemble. Lors de cette opération, un contact direct entre le robot et la personne peut survenir du fait de leur grande proximité spatiale. Un élément essentiel de ces postes de travail est un système de commande sûr, qui surveille de manière ciblée tous les mouvements du robot et le stoppe immédiatement si la vitesse ou la force exercée sont trop élevées.

S'il est prévu d'équiper un poste de travail d'un robot collaborant, l'utilisateur de la norme devra procéder à une évaluation des risques, en se basant pour cela sur les textes légaux : directive Machines, normes relatives aux robots industriels, etc. Il devra désormais prendre également en compte les risques de blessures occasionnées par des collisions lors de la collaboration homme - robot. Or, à ce jour, les normes ne contiennent pas suffisamment d'exigences de sécurité ni de méthodes d'essais permettant d'évaluer ces risques.

À l'initiative du Comité sectoriel Construction mécanique, systèmes de fabrication et construction métallique, et dans le cadre d'un projet de développement, l'IFA a rédigé des exigences en matière de technologie, de biomécanique médicale, d'ergonomie et d'organisation du travail. Ces exigences, qui visent à compléter et à préciser les normes, ont été réunies dans un manuel. Celles concernant la biomécanique médicale, en particulier, visent à limiter l'impact des contraintes dues à une collision, de manière à ce que seules des contraintes physiques de faible gravité et tolérables puissent survenir. En tant qu'organisme d'assurance accidents compétent, la BG Métal Nord Sud a défini ainsi cette contrainte : les collisions ne doivent provoquer ni pénétration profonde de la peau et des tissus sous-jacents accompagnée de plaies saignantes, ni fractures ou autres lésions du système musculo- squelettique.

La gravité d'une contrainte physique peut se caractériser par divers critères interdépendants. Pour toutes les parties d'un simple modèle de corps, des valeurs limites ont été fixées pour trois critères de blessures : "force d'impact", "force de coincement/d'écrasement" et "pression/ pression superficielle". À cet effet, l'IFA a recherché dans la littérature des données relatives à des contraintes et blessures provoquées par des charges mécaniques externes. À partir de ces donnés, les valeurs limites de biomécanique médicale pour la gravité tolérable de la contrainte ont été calculées pour toutes les parties du corps, et vérifiées ponctuellement par divers essais de contrôle effectués en laboratoire.

Les résultats du projet ont été rassemblés dans un manuel³ et accompagnés en outre d'une multitude de conseils d'application pratique en entreprise. Ces recommandations permettent d'aménager les postes de travail équipés de robots collaborants de manière telle que l'impact des contraintes susceptibles d'être provoquées par une collision reste dans les limites du tolérable.

D'autres travaux de recherche auront pour but de valider les valeurs limites, et de développer des méthodes adéquates pour vérifier les valeurs des exigences. Une autre étape importante consistera à déterminer des seuils de douleur à la pression qui permettront de mieux établir les valeurs limites. À ce jour, les partenaires de coopération de l'IFA et de la DGUV sont la faculté de médecine de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence, ainsi que l'Institut Fraunhofer IFF de Magdebourg. Les objectifs et conclusions des études et développements sont évalués en permanence, par rapport à la pratique en entreprise. Les valeurs limites déterminées sont intégrées dans la spécification ISO/TS 15066 (Robots and robotic devices - Industrial collaborative workspace). Il est prévu de reprendre les contenus de ce document dans la partie 2 de la norme ISO 10218, dans le courant des trois années à venir.

Hans Jürgen Ottersbach
hans-juergen.ottersbach@dguv.de

Dr. Michael Huelke
michael.huelke@dguv.de