Les ro­bots col­la­bo­ra­tifs

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La plu­part des fa­bri­cants de ro­bots, ain­si que de nou­veaux ar­ri­vants sur le mar­ché pro­posent au­jourd’hui des ro­bots col­la­bo­ra­tifs. Mais de quoi s’agit-il exac­te­ment? Dans quels cas de fi­gure sont-ils utiles? Pour s’as­su­rer de faire les bons choix, il est im­por­tant de bien cer­ner les ap­pli­ca­tions vi­sées, de la simple co­ha­bi­ta­tion avec des opé­ra­teurs jus­qu’à l’as­sis­tance di­recte sur cer­taines tâches.

De­puis quelques an­nées, les co­bots, ou ro­bots col­la­bo­ra­tifs, font leur en­trée dans les usines. Plus flexibles que les sys­tèmes tra­di­tion­nels, ils pro­mettent de mettre la ro­bo­tique à la por­tée du plus grand nombre. Mais de quoi s’agit-il réel­le­ment ? L’usage concret des co­bots n’est pas en­core bien connu. « Le col­la­bo­ra­tif est un terme très en vogue au­jourd’hui, re­marque Jacques Du­pen­loup, res­pon­sable des ventes chez Stäu­bli. De nom­breux clients, qui par­fois ne s’in­té­res­saient pas à la ro­bo­tique jusque-là, nous contactent pour sa­voir ce qu’ils pour­raient faire d’un co­bot ». Comment se ca­rac­té­rise un co­bot? « Au dé­part, le ro­bot col­la­bo­ra­tif a été conçu pour la proxi­mi­té avec les opé­ra­teurs, rap­pelle Syl­vain Acou­lon, consul­tant sé­cu­ri­té en concep­tion au Centre tech­nique des in­dus­tries mé­ca­niques (Ce­tim). Il est donc do­té d’une struc­ture al­lé­gée, pour ré­duire les risques en cas de choc. De plus, il in­tègre des fonc­tions de sé­cu­ri­té dans son cir­cuit de com­mande. » His­to­ri­que­ment, le pre­mier mo­dèle de ce type est le LBR de Ku­ka, qui si­gni­fie «Leicht­bau­ro­bo­ter» (ro­bot lé­ger). « Mais il est res­té très long­temps prin­ci­pa­le­ment un ob­jet de la­bo­ra­toire, en rai­son de son prix », rap­pelle Syl­vain Acou­lon. Puis Uni­ver­sal Ro­bots est ar­ri­vé sur le mar­ché et « a bous­cu­lé tout le monde, no­tam­ment les fa­bri­cants de ro­bots tra­di­tion­nels », re­trace Syl­vain Acou­lon. « L’en­tre­prise a été créée en 2005 au Da­ne­mark, ra­conte Adrien Poins­sot, di­rec­teur com­mer­cial d’uni­ver­sal Ro­bots pour la France. L’idée ve­nait de trois doc­teurs en ro­bo­tique, qui cher­chaient à ré­pondre aux dif­fi­cul­tés des usines de pro­duc­tion da­noises, qui comptent beau­coup de PME. Ils ont pour ce­la lis­té un cer­tain nombre de dé­fis à re­le­ver pour mettre au point la so­lu­tion la plus adap­tée, quels que soit la taille et le sec­teur des en­tre­prises ».

Sé­cu­ri­sés et fa­ciles à uti­li­ser

Ain­si, les ro­bots col­la­bo­ra­tifs se veulent fa­ciles à uti­li­ser, et même à pro­gram­mer, y com­pris par des opé­ra­teurs sans for­ma­tion spé­ci­fique. Ce­la en­traîne une flexi­bi­li­té en termes d’ap­pli­ca­tions : un même ro­bot peut être dé­pla­cé et as­si­gné fa­ci­le­ment à dif­fé­rentes tâches. Leur lé­gè­re­té et com­pa­ci­té fa­ci­litent l’in­té­gra­tion. Ils sont com­pa­tibles avec les es­paces res­treints, car ils n’im­posent pas de re­con­fi­gu­rer l’ate­lier pour ins­tal­ler une cage comme le né­ces­sitent les ro­bots clas­siques. Leurs fonc­tions de sé­cu­ri­té les rendent ca­pables de co­ha­bi­ter et d’in­ter­agir avec l’hu­main. Toutes ces fonc­tion­na­li­tés sont en ef­fet at­trayantes pour les Pme.ain­si, les co­bots sont par-

fois uti­li­sés dans des ap­pli­ca­tions qui n’ont rien de col­la­bo­ra­tives. « Pour une PME qui n’a be­soin de ne faire faire au ro­bot que des tâches très simples, comme dé­pla­cer une pièce, la flexi­bi­li­té et la fa­ci­li­té de pro­gram­ma­tion des co­bots sont très adap­tées », note Syl­vain Acou­lon (Ce­tim). Mais at­ten­tion, « l’ap­pel­la­tion “col­la­bo­ra­tif” ne si­gni­fie pas qu’il n’y a rien à faire, conti­nue-t-il. Or une PME n’a pas tou­jours connais­sance de la ré­gle­men­ta­tion. Ces en­tre­prises ont plus l’ha­bi­tude d’ache­ter une ma­chine et de l’uti­li­ser. Mais en ache­tant un ro­bot, elle en­dosse la res­pon­sa­bi­li­té qui in­combe gé­né­ra­le­ment au construc­teur de ma­chine et n’ap­pré­hende pas tou­jours les ques­tions de sé­cu­ri­té. »« Un ro­bot est une qua­si-ma­chine, rap­pelle Em­ma­nuel Ber­ge­rot, di­rec­teur com­mer­cial chez Ku­ka. Il faut prendre en compte l’en­semble de l’ap­pli­ca­tion et les risques qui y sont liés. » En ef­fet, si un ro­bot est pour­vu d’un ou­til dan­ge­reux, sa di­men­sion col­la­bo­ra­tive ne suf­fit pas à rendre l’ap­pli­ca­tion in­of­fen­sive. « De même, on ne peut pas ef­fec­tuer n’im­porte quelle tâche à cô­té d’une per­sonne, note Jacques Du­pen­loup (Stäu­bli). Ma­ni­pu­ler une pièce lourde, par exemple, peut re­pré­sen­ter un dan­ger. Les clients n’y pensent pas tou­jours ». De­puis 2016, les ca­rac­té­ris­tiques des ro­bots col­la­bo­ra­tifs sont en­ca­drées par la norme ISO/TS 15066. Et en 2017, le mi­nis­tère du Tra­vail a pu­blié un guide de pré­ven­tion pour la mise en oeuvre des ap­pli­ca­tions col­la­bo­ra­tives ro­bo­ti­sées. Ce­lui-ci dé­crit plu­sieurs ni­veaux de col­la­bo­ra­tion entre le ro­bot et l’homme. Il y est ques­tion de col­la­bo­ra­tion di­recte ou in­di­recte, ou de co­exis­tence. « La col­la­bo­ra­tion di­recte est le

cas le plus étroit, com­mente Em­ma­nuel Ber­ge­rot (Ku­ka). L’homme et le ro­bot tra­vaillent sur la même pièce, et l’opé­ra­teur peut tou­cher le ro­bot pour le gui­der. Ici, il n’y a pas d’autre choix que d’uti­li­ser un co­bot. »« Ce cas de fi­gure est en­core très rare, car on ne pense pas à la col­la­bo­ra­tion quand on conçoit un pro­duit et son pro­cé­dé de fa­bri­ca­tion », note Syl­vain Acou­lon (Ce­tim). La col­la­bo­ra­tion in­di­recte dé­crit des ac­tions al­ter­nées: l’homme et le ro­bot tra­vaillent dans le même es­pace ou sur les mêmes pièces, mais sans se trou­ver au même mo­ment au même en­droit. « Ce cas de fi­gure est plus cou­rant, conti­nue le consul­tant du Ce­tim. Il reste en ef­fet beau­coup de choses où l’on a be­soin de l’hu­main et que l’on ne peut pas ro­bo­ti­ser. Le co­bot s’ac­quitte alors des tâches lourdes, ré­pé­ti­tives, tan­dis que l’hu­main uti­lise ses ca­pa­ci­tés d’ana­lyse. » La co­exis­tence cor­res­pond aux cas où cha­cun tra­vaille de fa­çon au­to­nome, mais où l’homme peut pas­ser dans le champ d’ac­tion du ro­bot. « Ici, la ques­tion se pose, conti­nue Em­ma­nuel Ber­ge­rot (Ku­ka). A-t-on be­soin d’un co­bot ? Il est aus­si pos­sible d’uti­li­ser des ro­bots clas­siques avec des équi­pe­ments de sé­cu­ri­té, tels que des scru­ta­teurs, des ra­dars ou des ta­pis, afin de dé­tec­ter le pas­sage d’une per­sonne. » Le ro­bot peut alors pro­gres­sive- ment ré­duire sa vi­tesse, jus­qu’à s’ar­rê­ter puis re­par­tir lorsque la per­sonne s’éloigne. En­fin, le guide dé­crit éga­le­ment les cas d’as­sis­tance phy­sique au geste ou à la ma­ni­pu­la­tion par un ro­bot gui­dé par l’opé­ra­teur. « C’est in­té­res­sant pour des ques­tions d’er­go­no­mie, pré­cise Ni­co­las Couche, res­pon­sable des pro­duits ro­bo­tiques chez Fa­nuc. Pour por­ter des charges lourdes, par exemple, le ro­bot fait le gros du tra­vail, et l’opé­ra­teur se charge de le gui­der pour les mou­ve­ments plus fins. » La so­cié­té Isy­bot a mis au point une ma­chine de pon­çage cor­res­pon­dant à ce cas de fi­gure: « C’est une tâche pé­nible, en rai­son des

vi­bra­tions, ex­plique le p-dg, Yvan Meas­son. Mais sa­voir où pon­cer et pen­dant com­bien de temps re­lève du sa­voir-faire de l’opé­ra­teur. Le ro­bot, lui, ap­plique l’ef­fort sur la pièce, de fa­çon ho­mo­gène. » Un co­bot peut même être uti­li­sé en fonc­tion « zé­ro gra­vi­té » : « Il com­pense le poids d’une pièce pour que l’opé­ra­teur la ma­ni­pule comme si elle n’avait que 1 % de sa masse réelle », pré­cise Em­ma­nuel Ber­ge­rot (Ku­ka). Il est éga­le­ment pos­sible de té­lé­com­man­der un co­bot: c’est un cas d’usage pré­vu no­tam­ment par Isy­bot. « La prise en main à dis­tance est utile pour les en­vi­ron­ne­ments dif­fi­ciles, comme dans le cas d’opé­ra­tions de désa­mian­tage », pré­cise Yvan Meas­son. En ré­su­mé, le ro­bot se charge des tâches dif­fi­ciles ou à faible va­leur ajou­tée, et l’homme garde celles qui né­ces­sitent son ex­per­tise. « Au­pa­ra­vant, on ne pou­vait au­to­ma­ti­ser qu’à 100 %, ou pas du tout, rap­pelle Em­ma­nuel Ber­ge­rot (Ku­ka). Or, si 80 % d’une tâche est fa­cile à au­to­ma­ti­ser, les 20 % res­tants sont beau­coup plus com­plexes, et donc coû­teux, à faire. » En ef­fet, si un opé­ra­teur peut ef­fec­tuer ra­pi­de­ment un contrôle vi­suel, pour dé­tec­ter par exemple la pré­sence d’une vis, ce­la s’avère plus dif­fi­cile pour un sys­tème au­to­ma­tique. De même, un hu­main est ca­pable de prendre des dé­ci­sions dans un cas im­pré­vu. Le ro­bot, non. La ro­bo­tique col­la­bo­ra­tive in­vite donc à se de­man­der où l’on veut pla­cer le cur­seur de l’au­to­ma­ti­sa­tion. Ain­si, même si un co­bot est plus cher qu’un ro­bot stan­dard, le fait de ne pas avoir à au­to­ma­ti­ser une tâche à 100% peut ré­duire le coût glo­bal de l’ap­pli­ca­tion. Pour Em­ma­nuel Ber­ge­rot, cette fa­çon de fonc­tion­ner n’est pas tou­jours bien com­prise, y com­pris par des pro­fes­sion­nels de la ro­bo­tique : « Quand les co­bots sont ar­ri­vés sur le mar­ché, cer­tains in­té­gra­teurs les ont vus comme des ro­bots stan­dards avec des fonc­tions sup­plé­men­taires. Mais il vaut mieux pen­ser dif­fé­rem­ment, en par­tant d’une feuille blanche. »« Avant de par­ler des tech­no­lo­gies elles-mêmes, il est im­por­tant de s’in­ter­ro­ger sur les ob­jec­tifs d’une ap­pli­ca­tion, bien hié­rar­chi­ser les be­soins », conseille Phi­lippe Bol­liet, en charge de la di­vi­sion Au­to­ma­tismes chez Mit­su­bi­shi Elec­tric. Faut-il pri­vi­lé­gier la pro­duc­ti­vi­té ? L’agi­li­té des lignes de pro­duc­tion? Les ques­tions de flux, ou de sé­cu­ri­té? Les co­bots sont ca­pables de ré­pondre à

de nom­breuses ap­pli­ca­tions, dans tous les sec­teurs in­dus­triels. « Le pre­mier ro­bot ins­tal­lé par Uni­ver­sal Ro­bots, en 2008, dans une usine da­noise, ef­fec­tuait une tâche de char­ge­ment et dé­char­ge­ment de ma­chine », illustre Adrien Poins­sot. Cet exemple re­pré­sente un cas d’usage cou­rant pour les ro­bots col­la­bo­ra­tifs. Mais la pa­lette d’ou­tils com­pa­tibles avec les ro­bots col­la­bo­ra­tifs est large. Uni­ver­sal Ro­bots re­cense 150 ap­pli­ca­tions pos­sibles et pro­pose des ou­tils cer­ti­fiés com­pa­tibles via sa pla­te­forme UR+. Vis­sage, sou­dage ou pa­let­ti­sa­tion font par­tie des tra­vaux à la por­tée des co­bots. Il est éga­le­ment pos­sible de leur ad­joindre des cap­teurs, comme des ca­mé­ras 3D pour ef­fec­tuer du contrôle di­men­sion­nel ou re­con­naître l’orien­ta­tion d’une pièce. L’ajout d’un lec­teur de co­des­barres peut per­mettre l’iden­ti­fi­ca­tion d’un pro­duit par le ro­bot : ce type de cap­teurs adap­tés a no­tam­ment été dé­ve­lop­pé par Sick.

Pro­gram­ma­tion ma­nuelle et ver­sa­ti­li­té

La dan­ge­ro­si­té de l’ou­til peut tou­te­fois être une li­mite à son usage dans le cadre d’une ap­pli­ca­tion col­la­bo­ra­tive. Cer­tains peuvent né­ces­si­ter des adap­ta­tions: « Un fo­ret de­vra être ré­trac­table quand le ro­bot se dé­place », illustre Ni­co­las Couche (Fa­nuc). Les ou­tils de dé­coupe, qu’il s’agisse d’un disque ou d’une torche plas­ma, ne se­ront pas for­cé­ment pos­sibles à in­té­grer. « On risque de re­ve­nir à des cel­lules fer­mées, pré­vient Yvan Meas­son (Isy­bot). Le ro­bot ne peut pas as­su­rer la sé­cu­ri­té d’un sys­tème de dé­coupe la­ser, par exemple. » Là en­core, tout dé­pend de l’ana­lyse de risque. Mais le dan­ger de telles ap­pli­ca­tions en­traîne une com­plexi­té de mise en oeuvre qui risque de faire perdre l’in­té­rêt que peuvent re­pré­sen­ter les ro­bots col­la­bo­ra­tifs. Con­trai­re­ment aux ro­bots tra­di­tion­nels, les co­bots pré­sentent l’avan­tage de la ver­sa­ti­li­té. « C’est une pro­blé­ma­tique ré­cur­rente pour les PME, qui ont sou­vent beau­coup de ré­fé­rences, de chan­ge­ments de pro­duits », note Ni­co­las Couche (Fa­nuc). Les ro- bots col­la­bo­ra­tifs peuvent être pro­gram­més ma­nuel­le­ment : l’opé­ra­teur lui fait alors prendre les dif­fé­rentes po­si­tions né­ces­saires à l’ap­pli­ca­tion pour les en­re­gis­trer, sans avoir à no­ter de co­or­don­nées. « Ap­prendre une nou­velle ac­tion, de type pick-and-place, ne re­quiert donc qu’une heure, es­time Adrien Poins­sot (Uni­ver­sal Ro­bots). L’ajout d’un cap­teur se fait éga­le­ment de fa­çon in­tui­tive. On le branche sur le contrô­leur, et on in­tègre une ins­truc­tion dans le ro­bot. » Bien sûr, la com­plexi­té de la pro­gram­ma­tion dé­pend de l’ap­pli­ca­tion.

« La pro­gram­ma­tion ma­nuelle ne per­met pas de gé­rer les modes de marche, pré­cise Ni­co­las Couche (Fa­nuc). Elle convient aux ap­pli­ca­tions ba­siques, mais ne per­met pas de faire face à un pro­blème de po­si­tion­ne­ment, ou à une pièce qui tombe. » De même, la ges­tion des in­ter­ac­tions avec les opé­ra­teurs doit pas­ser par une pro­gram­ma­tion plus dé­taillée. Ce­pen­dant, même les ap­proches plus clas­siques de la pro­gram­ma­tion évo­luent vers plus de sim­pli­ci­té. « La fa­ci­li­té d’uti­li­sa­tion est l’un des cri­tères clés re­cher­chés par nos clients », ar­gu­mente Phi­lippe Bol­liet (Mit­su­bi­shi Elec­tric) Qu’il s’agisse de ro­bots col­la­bo­ra­tifs ou non, « tous les ro­bo­ti­ciens vont dans ce sens », com­mente Jacques Du­pen­loup (Stäu­bli). Ce­la passe no­tam­ment par l’usage d’in­ter­faces tac­tiles en guise de consoles, et d’un lan­gage plus in­tui­tif, plus fa­cile à ap­pré­hen­der par les opé­ra­teurs ou les ré­gleurs. L’ac­ces­si­bi­li­té dé­pend éga­le­ment des langues dis­po­nibles, pour le ro­bot comme pour les for­ma­tions. Ce­pen­dant, en co­bo­tique, « on ne dé­ve­loppe pas de fonc­tions aus­si poin­tues qu’avec des ro­bots clas­siques, ajoute Phi­lippe Bol­liet (Mit­su­bi­shi Elec­tric). Dans l’idéal, un co­bot de­vrait donc pou­voir être mon­té par un in­dus­triel seul, sans avoir obli­ga­toi­re­ment re­cours à une so­cié­té tierce ». La fa­ci­li­té de pro­gram­ma­tion per­met d’at­tri­buer des tâches dif­fé­rentes à un même ro­bot. Ce­la im­plique de pou­voir le dé­pla­cer : c’est une autre ca­rac­té­ris­tique des co­bots. « On les ren­ta­bi­lise plus fa­ci­le­ment en leur fai­sant faire des choses dif­fé­rentes », note Syl­vain Acou­lon (Ce­tim). Pour ce­la, le ro­bot peut être mon­té sur un cha­riot, ma­nuel ou au­to­ma­tique ( voir en­ca­dré page 52). Ku­ka a par exemple dé­ve­lop­pé à cet ef­fet le flex­fel­low, une ser­vante mo­bile do­tée d’un pla­teau et de roues, sur la­quelle s’in­tègre un ro­bot. « Il est pos­sible de le ver­rouiller dans une po­si­tion géo­mé­trique ré­pé­table », in­dique Em­ma­nuel Ber­ge­rot. Ce type d’usage n’est pas in­com­pa­tible avec la pré­ci­sion : « La po­si­tion peut être re­ca­lée avec une ca­mé­ra, ex­pli­quea­drien Poins­sot (Uni­ver­sal Ro­bots). On peut aus­si très sim­ple­ment mon­trer au ro­bot le point qui nous in­té­resse. »« Mais at­ten­tion, chaque ap­pli­ca­tion peut pré­sen­ter des risques dif­fé­rents, pré­vient Ni­co­las Couche (Fa­nuc). Pour cha­cun des usages, il faut éva­luer les risques spé­ci­fiques ». Si les co­bots ont des avan­tages, ils ont éga­le­ment leurs li­mites. La prin­ci­pale est leur vi­tesse : « En mode col­la­bo­ra­tif, on ad­met gé­né­ra­le­ment 250 mm/s comme la vi­tesse en des­sous de la­quelle l’opé­ra­teur va pou­voir se dé­ga­ger », ex­plique Yvan Meas­son (Isy­bot). Mais la vi­tesse ad­mis­sible dé­pend de l’éner­gie de l’im­pact en cas de col­li­sion. Ain­si, plus la charge por­tée se­ra lourde, plus le dan­ger se­ra im­por­tant en cas de choc. Même sans col­li­sions, la vi­tesse peut avoir un im­pact sur les tra­vailleurs : « Nous avons li­mi­té la vi­tesse de notre ro­bot à 1 m/s, car des es­sais faits par les construc­teurs au­to­mo­biles ont mon­tré qu’une vi­tesse plus éle­vée gé­né­rait un stress im­por­tant au­près des opé­ra­teurs », pré­cise Yvan Meas­son. Il s’agit donc d’un fac­teur clé du point de vue de l’ac­cep­ta­bi­li­té des ro­bots col­la­bo­ra­tifs.

Une même gamme de ro­bots col­la­bo­ra­tifs pro­pose en gé­né­ral dif­fé­rentes tailles et dif­fé­rentes charges utiles.

Cer­tains fa­bri­cants se sont ba­sés sur des ro­bots exis­tants pour les dé­cli­ner en ver­sion col­la­bo­ra­tive, grâce à des sé­cu­ri­tés sup­plé­men­taires.

Un ro­bot est une qua­si-ma­chine : il né­ces­site l’ajout d’ou­tils. L’ana­lyse de risque doit donc prendre en compte le sys­tème glo­bal.

Les ro­bots col­la­bo­ra­tifs sont fa­ci­le­ment dé­pla­çables. Cer­tains sont même com­pa­tibles avec des vé­hi­cules au­to­nomes.

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