Interaction Homme-Robot : Assurer la sécurité dans un monde collaboratif

Le monde du travail évolue rapidement, les robots étant de plus en plus intégrés dans diverses industries. Cette intégration, connue sous le nom d'Interaction Homme-Robot (IHR), présente à la fois d'immenses opportunités et des défis potentiels, notamment en matière de sécurité. Alors que les robots travaillent aux côtés des humains, il est crucial d'établir des protocoles de sécurité robustes pour atténuer les risques et garantir un environnement de travail sécurisé et productif à l'échelle mondiale.

Qu'est-ce que l'Interaction Homme-Robot (IHR) ?

L'Interaction Homme-Robot (IHR) fait référence à l'étude et à la conception des interactions entre les humains et les robots. Elle englobe divers aspects, y compris les dynamiques physiques, cognitives et sociales de ces interactions. Contrairement aux robots industriels traditionnels qui opèrent dans des cages isolées, les robots collaboratifs (cobots) sont conçus pour travailler en étroite collaboration avec les humains dans des espaces de travail partagés. Cet environnement collaboratif nécessite une approche globale de la sécurité.

L'importance des protocoles de sécurité en IHR

Les protocoles de sécurité en IHR sont primordiaux pour plusieurs raisons :

Prévention des blessures : L'objectif principal est de prévenir les blessures des travailleurs humains. Les robots, en particulier les robots industriels, peuvent exercer une force considérable et se déplacer à grande vitesse, présentant un risque de blessures par impact, d'écrasement et d'autres dangers.
Amélioration de la productivité : Un environnement de travail sûr favorise la confiance des travailleurs, ce qui entraîne une augmentation de la productivité et de l'efficacité. Lorsque les travailleurs se sentent en sécurité, ils sont plus susceptibles d'adopter la robotique collaborative.
Assurer la conformité réglementaire : De nombreux pays ont des réglementations et des normes régissant l'utilisation des robots industriels. Le respect de ces normes est essentiel pour la conformité légale et pour éviter les pénalités.
Considérations éthiques : Au-delà des considérations juridiques et pratiques, il existe un impératif éthique de protéger les travailleurs humains contre les préjudices. Une mise en œuvre responsable de la robotique exige de donner la priorité à la sécurité avant tout.

Normes et réglementations clés en matière de sécurité

Plusieurs normes et réglementations internationales fournissent des directives pour garantir la sécurité en IHR. Parmi les plus importantes, on trouve :

ISO 10218 : Cette norme spécifie les exigences de sécurité pour les robots et les systèmes robotiques industriels. Elle traite de divers dangers, notamment l'écrasement, le cisaillement, l'impact et l'enchevêtrement. La norme ISO 10218-1 se concentre sur la conception des robots, tandis que l'ISO 10218-2 se concentre sur l'intégration des systèmes robotiques.
ISO/TS 15066 : Cette spécification technique fournit des exigences de sécurité pour les robots collaboratifs. Elle s'appuie sur la norme ISO 10218 et aborde les défis uniques du travail aux côtés de robots dans des espaces de travail partagés. Elle définit quatre techniques collaboratives : l'arrêt de sécurité contrôlé, le guidage manuel, la surveillance de la vitesse et de la séparation, et la limitation de la puissance et de la force.
ANSI/RIA R15.06 : Cette norme nationale américaine fournit des exigences de sécurité pour les robots et les systèmes robotiques industriels. Elle est similaire à la norme ISO 10218 et est largement utilisée en Amérique du Nord.
Directive Machines européenne 2006/42/CE : Cette directive définit les exigences essentielles de santé et de sécurité pour les machines, y compris les robots industriels, vendues dans l'Union européenne.

Ces normes fournissent un cadre pour l'évaluation des risques, la mise en œuvre de mesures de sécurité et la garantie que les robots fonctionnent en toute sécurité dans un environnement collaboratif. Il est crucial pour les entreprises qui déploient des robots de connaître et de respecter les réglementations pertinentes à leur région.

Évaluation des risques en IHR

Une évaluation approfondie des risques est une étape fondamentale pour garantir la sécurité en IHR. Le processus d'évaluation des risques consiste à identifier les dangers potentiels, à évaluer la probabilité et la gravité des dommages, et à mettre en œuvre des mesures de contrôle pour atténuer les risques. Les étapes clés du processus d'évaluation des risques comprennent :

Identification des dangers : Identifier tous les dangers potentiels associés au système robotique, y compris les dangers mécaniques (par exemple, écrasement, cisaillement, impact), les dangers électriques et les dangers ergonomiques.
Analyse des risques : Évaluer la probabilité et la gravité de chaque danger. Cela implique de prendre en compte des facteurs tels que la vitesse, la force et l'amplitude de mouvement du robot, ainsi que la fréquence et la durée de l'interaction humaine.
Évaluation des risques : Déterminer si les risques sont acceptables ou s'ils nécessitent une atténuation supplémentaire. Cela implique de comparer les risques aux critères d'acceptation des risques établis.
Maîtrise des risques : Mettre en œuvre des mesures de contrôle pour réduire les risques à un niveau acceptable. Ces mesures peuvent inclure des contrôles d'ingénierie (par exemple, dispositifs de sécurité, protecteurs), des contrôles administratifs (par exemple, formation, procédures) et des équipements de protection individuelle (EPI).
Vérification et validation : Vérifier que les mesures de contrôle sont efficaces pour réduire les risques et valider que le système robotique fonctionne en toute sécurité comme prévu.
Documentation : Documenter l'ensemble du processus d'évaluation des risques, y compris les dangers identifiés, l'analyse des risques, l'évaluation des risques et les mesures de contrôle mises en œuvre.

Exemple : Une évaluation des risques pour un cobot utilisé dans une application d'emballage pourrait identifier le danger de pincement de la main d'un travailleur entre le bras du robot et un tapis roulant. L'analyse des risques tiendrait compte de la vitesse et de la force du bras du robot, de la proximité du travailleur par rapport au robot et de la fréquence de la tâche. Les mesures de contrôle pourraient inclure la réduction de la vitesse du robot, l'installation d'un rideau lumineux de sécurité pour arrêter le robot si un travailleur entre dans la zone de danger, et la fourniture de gants aux travailleurs pour protéger leurs mains. Un suivi et un examen continus de l'évaluation des risques sont importants pour s'adapter aux changements et aux nouveaux dangers potentiels.

Concevoir pour la sécurité en IHR

La sécurité doit être une considération primordiale tout au long du processus de conception des systèmes robotiques. Plusieurs principes de conception peuvent améliorer la sécurité en IHR :

Arrêt de sécurité contrôlé : Cette technique permet au robot de continuer à fonctionner tant qu'une personne est détectée dans l'espace de travail collaboratif, mais amène le robot à s'arrêter si la personne s'approche de trop près.
Guidage manuel : Cela permet à un opérateur de guider physiquement les mouvements du robot pour l'apprentissage de nouvelles tâches ou pour l'exécution de tâches nécessitant une dextérité manuelle. Le robot ne se déplace que lorsque l'opérateur tient le boîtier de commande ou guide le bras du robot.
Surveillance de la vitesse et de la séparation : Cette technique surveille en permanence la distance entre le robot et le travailleur humain et ajuste la vitesse du robot en conséquence. Si le travailleur s'approche trop près, le robot ralentit ou s'arrête complètement.
Limitation de la puissance et de la force : Cette conception limite la puissance et la force du robot pour prévenir les blessures en cas de collision avec un travailleur humain. Cela peut être réalisé grâce à des capteurs de force, des capteurs de couple et des matériaux souples.
Conception ergonomique : Concevoir le système robotique pour minimiser les dangers ergonomiques, tels que les mouvements répétitifs, les postures inconfortables et la force excessive. Cela peut aider à prévenir les troubles musculo-squelettiques et à améliorer le confort des travailleurs.
Interface Homme-Machine (IHM) : L'IHM doit être intuitive et facile à utiliser, fournissant des informations claires et concises sur l'état du robot et les dangers potentiels. Elle doit également permettre aux travailleurs de contrôler facilement le robot et de répondre aux alarmes.
Dispositifs de sécurité : Intégrer des dispositifs de sécurité tels que des rideaux lumineux, des scanners laser, des tapis sensibles à la pression et des boutons d'arrêt d'urgence pour fournir des couches de protection supplémentaires.
Protecteurs : Utiliser des barrières physiques pour empêcher les travailleurs d'entrer dans l'espace de travail du robot. Ceci est particulièrement important pour les applications à haut risque où le robot représente un danger important.

Exemple : Un cobot conçu pour l'assemblage de composants électroniques pourrait intégrer des capteurs de force dans son effecteur terminal pour limiter la force qu'il peut exercer sur les composants. Cela prévient les dommages aux composants et réduit le risque de blessure pour le travailleur. L'IHM du robot pourrait afficher la force appliquée, permettant au travailleur de surveiller le processus et d'intervenir si nécessaire.

Formation et éducation

Une formation et une éducation appropriées sont essentielles pour garantir que les travailleurs comprennent les risques associés à l'IHR et savent comment utiliser les systèmes robotiques en toute sécurité. Les programmes de formation devraient couvrir des sujets tels que :

Principes et réglementations de sécurité des robots.
Procédures d'évaluation des risques.
Procédures d'exploitation sûres pour le système robotique spécifique.
Procédures d'arrêt d'urgence.
Utilisation appropriée des dispositifs de sécurité et des EPI.
Procédures de dépannage et de maintenance.
Procédures de signalement des accidents et des quasi-accidents.

La formation doit être dispensée à tous les travailleurs qui interagiront avec le système robotique, y compris les opérateurs, les programmeurs, le personnel de maintenance et les superviseurs. Une formation de rappel doit être dispensée régulièrement pour s'assurer que les travailleurs restent à jour sur les dernières pratiques de sécurité.

Exemple : Une entreprise de fabrication qui déploie des cobots pour des applications de soudage devrait fournir une formation complète à ses opérateurs de soudage. La formation devrait couvrir des sujets tels que les principes de sécurité des robots, les procédures d'évaluation des risques, les pratiques de soudage sûres et l'utilisation appropriée des EPI de soudage. La formation devrait également inclure une pratique pratique avec le cobot sous la supervision d'un instructeur qualifié.

Surveillance et maintenance

Une surveillance et une maintenance régulières sont cruciales pour garantir que les systèmes robotiques continuent de fonctionner en toute sécurité au fil du temps. Les activités de surveillance devraient inclure :

Inspections régulières du système robotique pour identifier tout signe d'usure, de dommage ou de dysfonctionnement.
Surveillance des dispositifs de sécurité pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement.
Audits réguliers des procédures de sécurité pour s'assurer qu'elles sont respectées.
Analyse des données sur les accidents et les quasi-accidents pour identifier les tendances et les domaines à améliorer.

Les activités de maintenance devraient inclure :

Lubrification et nettoyage réguliers du système robotique.
Remplacement des pièces usées ou endommagées.
Étalonnage des capteurs et des actionneurs.
Mise à jour des logiciels et du micrologiciel.
Vérification et validation des fonctions de sécurité après les activités de maintenance.

La maintenance doit être effectuée par du personnel qualifié qui a été formé sur le système robotique spécifique. Toutes les activités de maintenance doivent être documentées et suivies.

Exemple : Une entreprise de logistique utilisant des véhicules à guidage automatique (VGA) dans son entrepôt devrait effectuer des inspections régulières des VGA pour s'assurer que leurs capteurs, freins et dispositifs de sécurité fonctionnent correctement. L'entreprise devrait également surveiller les trajectoires de navigation des VGA pour identifier tout danger potentiel, tel que des obstacles ou des changements dans l'aménagement de l'entrepôt.

Le rôle de la technologie dans l'amélioration de la sécurité en IHR

Les technologies avancées jouent un rôle de plus en plus important dans l'amélioration de la sécurité en IHR :

Systèmes de vision : Les systèmes de vision peuvent être utilisés pour détecter la présence humaine dans l'espace de travail du robot et pour surveiller les mouvements humains. Ces informations peuvent être utilisées pour ajuster la vitesse et la trajectoire du robot ou pour l'arrêter complètement si une collision est imminente.
Capteurs de force : Les capteurs de force peuvent être utilisés pour mesurer la force exercée par le robot et la limiter à un niveau sûr. Cela peut prévenir les blessures en cas de collision avec un travailleur humain.
Capteurs de proximité : Les capteurs de proximité peuvent être utilisés pour détecter la présence d'un travailleur humain près du robot et pour ralentir ou arrêter le robot avant qu'une collision ne se produise.
Intelligence artificielle (IA) : L'IA peut être utilisée pour améliorer la perception de l'environnement par le robot et pour prédire les mouvements humains. Cela peut permettre au robot de réagir plus rapidement et plus efficacement aux dangers potentiels.
Réalité virtuelle (RV) et réalité augmentée (RA) : La RV et la RA peuvent être utilisées pour former les travailleurs aux procédures d'exploitation sûres et pour simuler des dangers potentiels. Cela peut aider les travailleurs à développer les compétences et les connaissances nécessaires pour travailler en toute sécurité avec les robots.
Communication sans fil : Les technologies de communication sans fil permettent une surveillance en temps réel des performances et de l'environnement du robot. Cela peut faciliter le contrôle à distance, les diagnostics et les interventions de sécurité.

Exemple : Un constructeur automobile utilisant des robots pour des applications de peinture pourrait intégrer un système de vision pour détecter quand un travailleur entre dans la cabine de peinture. Le système de vision pourrait automatiquement arrêter le robot pour empêcher le travailleur d'être exposé à des fumées de peinture nocives. De plus, des capteurs portables sur le travailleur pourraient surveiller sa proximité avec le robot et l'alerter des dangers potentiels par un retour haptique.

Aborder les considérations éthiques en matière de sécurité en IHR

Au-delà des aspects techniques et réglementaires, les considérations éthiques sont vitales pour la sécurité en IHR. Celles-ci englobent :

Transparence et explicabilité : Les systèmes robotiques doivent être conçus pour être transparents et explicables, afin que les travailleurs puissent comprendre leur fonctionnement et la manière dont ils prennent des décisions. Cela peut aider à renforcer la confiance dans le système robotique.
Responsabilité : Il est important d'établir des lignes de responsabilité claires pour la sécurité des systèmes robotiques. Cela inclut l'identification des responsables de la conception, du déploiement et de la maintenance du système robotique, ainsi que des responsables de la réponse aux accidents et aux quasi-accidents.
Équité et justice : Les systèmes robotiques doivent être conçus et déployés de manière juste et équitable pour tous les travailleurs. Cela signifie s'assurer que tous les travailleurs ont accès à la formation et aux ressources dont ils ont besoin pour travailler en toute sécurité avec les robots, et qu'aucun travailleur n'est exposé de manière disproportionnée aux risques.
Suppression d'emplois : Le potentiel de suppression d'emplois est une préoccupation éthique importante associée au déploiement de robots. Les entreprises devraient considérer l'impact de la robotisation sur leur main-d'œuvre et prendre des mesures pour atténuer les conséquences négatives, telles que la fourniture d'opportunités de reconversion pour les travailleurs déplacés.
Confidentialité et sécurité des données : Les systèmes robotiques collectent et traitent souvent de grandes quantités de données sur les travailleurs humains. Il est important de protéger la confidentialité et la sécurité de ces données et de s'assurer qu'elles ne sont pas utilisées d'une manière discriminatoire ou préjudiciable.

Exemple : Une entreprise de vente au détail qui déploie des robots pour la gestion des stocks devrait être transparente avec ses employés sur le fonctionnement des robots et leur utilisation. L'entreprise devrait également établir des lignes de responsabilité claires pour la sécurité des robots et prendre des mesures pour protéger la confidentialité et la sécurité des données collectées par les robots.

Tendances futures de la sécurité en IHR

Le domaine de l'IHR est en constante évolution, et de nouvelles tendances émergent qui façonneront l'avenir de la sécurité en IHR :

Technologies de détection avancées : Les nouvelles technologies de détection, telles que les caméras 3D, le lidar et le radar, fournissent aux robots une compréhension plus détaillée et précise de leur environnement. Cela permet aux robots de réagir plus rapidement et plus efficacement aux dangers potentiels.
Systèmes de sécurité alimentés par l'IA : L'IA est utilisée pour développer des systèmes de sécurité plus sophistiqués capables de prédire et de prévenir les accidents. Ces systèmes peuvent apprendre des incidents passés et s'adapter aux conditions changeantes.
Robots collaboratifs en tant que service (Cobots-as-a-Service) : Les modèles de Cobots-as-a-Service rendent les robots collaboratifs plus accessibles aux petites et moyennes entreprises (PME). Cela favorise l'adoption de la robotique collaborative dans un plus large éventail d'industries.
Conception centrée sur l'humain : L'accent est de plus en plus mis sur la conception centrée sur l'humain en IHR. Cela signifie concevoir des systèmes robotiques intuitifs, faciles à utiliser et sûrs pour les travailleurs humains.
Normalisation et certification : Des efforts sont en cours pour développer des normes et des programmes de certification plus complets pour la sécurité en IHR. Cela contribuera à garantir que les systèmes robotiques sont sûrs et fiables.
Jumeaux numériques : La création de jumeaux numériques de l'espace de travail permet la simulation virtuelle des interactions des robots, permettant des tests de sécurité complets et une optimisation avant le déploiement physique.

Exemples mondiaux de mise en œuvre de la sécurité en IHR

Industrie automobile (Allemagne) : Des entreprises comme BMW et Volkswagen utilisent des robots collaboratifs pour des tâches d'assemblage, mettant en œuvre des technologies de capteurs avancées et des systèmes de sécurité alimentés par l'IA pour garantir la sécurité des travailleurs. Elles respectent des réglementations de sécurité allemandes et européennes strictes.

Fabrication électronique (Japon) : Fanuc et Yaskawa, des entreprises de robotique de premier plan, se concentrent sur le développement de robots avec des fonctions de sécurité intégrées, telles que des effecteurs terminaux à limitation de force et des systèmes de vision avancés, pour permettre une collaboration sûre sur les lignes d'assemblage électronique. L'accent mis par le Japon sur la qualité et la précision exige des normes de sécurité élevées.

Logistique et entreposage (États-Unis) : Amazon et d'autres grandes entreprises de logistique déploient des VGA et des robots mobiles autonomes (AMR) dans leurs entrepôts, utilisant des systèmes de navigation avancés et des capteurs de proximité pour prévenir les collisions et garantir la sécurité des travailleurs. Elles investissent également dans des programmes de formation des travailleurs pour promouvoir une interaction sûre avec les robots.

Transformation alimentaire (Danemark) : Des entreprises au Danemark utilisent des robots collaboratifs pour des tâches telles que l'emballage et le contrôle qualité, mettant en œuvre des protocoles d'hygiène stricts et des mesures de sécurité pour prévenir la contamination et garantir la sécurité des travailleurs. L'accent mis par le Danemark sur la durabilité et le bien-être des travailleurs conduit à des normes de sécurité élevées.

Aérospatiale (France) : Airbus et d'autres entreprises aérospatiales utilisent des robots pour des tâches telles que le perçage et la peinture, mettant en œuvre des systèmes de sécurité avancés et des technologies de surveillance pour prévenir les accidents et garantir la sécurité des travailleurs. Les exigences rigoureuses de l'industrie aérospatiale nécessitent des mesures de sécurité complètes.

Conclusion

Assurer la sécurité dans l'Interaction Homme-Robot n'est pas simplement un défi technique, mais une entreprise à multiples facettes qui nécessite une approche holistique. Du respect des normes internationales et de la conduite d'évaluations des risques approfondies à la conception pour la sécurité, en passant par la fourniture d'une formation complète et l'adoption des avancées technologiques, chaque aspect joue un rôle vital dans la création d'un environnement collaboratif sécurisé et productif. À mesure que les robots s'intègrent de plus en plus dans la main-d'œuvre mondiale, la priorité accordée à la sécurité sera primordiale pour favoriser la confiance, améliorer la productivité et façonner un avenir où les humains et les robots pourront travailler ensemble harmonieusement.

En adoptant ces principes et en favorisant une culture de la sécurité, les organisations du monde entier peuvent libérer tout le potentiel de l'IHR tout en protégeant le bien-être de leur personnel. Cette approche proactive non seulement atténue les risques, mais jette également les bases d'une croissance durable et de l'innovation à l'ère de la robotique collaborative.