Étude de la KAN sur les limites de contraintes biomécaniques lors de l’interaction homme-robot

Demain, hommes et robots sont appelés à travailler plus étroitement ensemble. La suppression de la séparation physique habituellement respectée pour des raisons de sécurité devrait alors rendre le travail plus facile et plus ergonomique. Or, malgré une technique de commande ultramoderne, des collisions involontaires peuvent se produire entre des hommes et des robots qui se partagent un espace de travail. Pour ces cas, il faut veiller à ce que les conséquences pour la santé restent négligeables.

Quand des blessures sont-elles si légères que leurs conséquences sont négligeables, et comment peut-on décrire ce type d’astreintes ? Est-il possible de définir pour cela des limites de contraintes ? Si oui, quelles exigences en découlent pour la conception des robots ? C’est en particulier à cette dernière question que se propose de répondre l’ISO/TC 184/SC 2, en charge de la série de normes ISO 10218 « Robots pour environnements industriels – Exigences de sécurité ». En charge du domaine de la robotique, la commission sectorielle Bois et métal au sein de la DGUV participe aux travaux de ce comité ISO. En collaboration avec l’IFA, elle a donné des mandats de recherche et émis des recommandations concernant l’identification des risques¹.

Afin de résoudre ce problème d’actualité pour la normalisation, la KAN a demandé au Fraunhofer IFF de Magdebourg de déterminer quels résultats de recherches et valeurs limites avaient été publiés depuis 1945, en allemand et en anglais, et dans quelle mesure il y avait lieu d’effectuer des recherches plus approfondies.² Elle a par ailleurs émis des recommandations quant à la manière de classifier les blessures légères et de structurer les limites de contraintes biomécaniques.

Peu de travaux scientifiques exploitables

Pour les recherches, on a passé en revue 245 bases et collections de données qui semblaient prometteuses pour l’étude. 1036 ouvrages en ont été extraits et examinés du point de vue de leur pertinence. Les relations contrainteastreinte concrètes trouvées dans 100 des ouvrages examinés individuellement ont été intégrées dans une base de données. Il s’est toutefois avéré que seuls 37 des ouvrages passés en revue sont d’un quelconque intérêt pour évaluer la situation actuelle de la recherche scientifique en matière d’évaluation du risque mécanique des robots collaboratifs. Dans ce domaine, le nombre de travaux scientifiques éventuellement exploitables pour définir des valeurs limites est donc extrêmement restreint.

Catégorisation de la gravité des blessures

Dans la normalisation relative aux machines, il existe déjà des catégories de gravité des blessures : S1 et S2, qui permettent de déduire des mesures de protection adéquates lors de l’évaluation des risques. L’étude suggère d’introduire, pour de futurs projets de normalisation, deux nouvelles catégories (S0 et H) qui précéderaient S1 et S2. La catégorie S0 pourrait décrire les blessures légères qui peuvent guérir totalement et sans conséquences sans traitement médical. Il s’agit en l’occurrence uniquement de contusions, légers hématomes ou enflures, l’épiderme ne devant être ni écorché, ni pénétré. Les blessures sont classées concrètement sur la base du chapitre XIX de la Classification statistique internationale des maladies et des problèmes de santé connexes (CIM)³ qui, en raison de son exhaustivité et de son degré de diffusion dans le monde entier, convient le mieux pour décrire les blessures dans le domaine de la prévention.

La catégorie H (pour « Harmless » = bénin), regrouperait les lésions restant au-dessous du seuil de l’apparition de la douleur. Ceci permettrait de considérer les contacts ne provoquant aucune douleur comme étant inoffensifs en termes d’évaluation des risques. Le passage de H à S0 serait ainsi défini par le seuil d’apparition de la douleur. Une étude scientifique de la douleur est nécessaire pour définir ces seuils. La KAN estime toutefois que, dans les normes, le critère permettant de définir et de délimiter les catégories de gravité des lésions ne doit pas être la douleur, mais les valeurs de contraintes biomécaniques déterminées scientifiquement qui déclenchent cette douleur.

C’est aux comités de normalisation, notamment à l’ISO TC 184 « Systèmes d’automatisation et intégration » et ISO TC 199 « Sécurité des machines », qu’il revient de reprendre ces suggestions et d’en tenir compte dans la normalisation.

Structuration des limites de contraintes

Il a été impossible de désigner des valeurs physiques permettant de limiter les contraintes biomécaniques de manière générale et judicieuse pour toutes les astreintes et localisations imaginables. Les contraintes déterminantes et leurs combinaisons restent inconnues pour de nombreuses astreintes. Une première démarche a néanmoins consisté à élaborer dans l’étude un concept permettant de lire, dans un système de coordonnées, l’astreinte attendue pour jusqu’à trois grandeurs d’influence ou paramètres dont on connaît la valeur.

Corrado Mattiuzzo
mattiuzzo@kan.de