Sollicitations musculaires lors de l’utilisation d’un robot collaboratif manipulé au cours d’une tâche industrielle de meulage

Afin de préserver la santé des travailleurs et plus précisément de prévenir le développement des troubles musculosquelettiques (TMS), des innovations technologiques d’assistance physique apparaissent sur le marché. Parmi elle, les robots collaboratifs manipulés pourraient limiter les sollicitations musculaires lors de la manipulation d’outils. Si ces nouvelles technologies sont largement plébiscitées dans un contexte d’Industrie 4.0, la littérature scientifique sur le sujet est quant à elle limitée. De récentes recherches sur une typologie voisine d’assistance physique, les exosquelettes (Theurel & Desbrosses, 2019), ont indiqué qu’il pouvait y avoir un apport pour la prévention des TMS, dépendant de la tâche réalisée. Il existerait également des effets non-attendus pouvant être à l’origine de nouvelles contraintes. A l’heure actuelle, ces éléments manquent pour les robots collaboratifs manipulés et doivent faire l’objet d’études pour savoir s’ils peuvent réellement être une solution de prévention des TMS. Ainsi, cette étude avait pour objectif d’analyser les sollicitations musculaires liées à une tâche industrielle de meulage réalisée manuellement ou assistée par un robot collaboratif manipulé. Trois meuleurs professionnels ont donc réalisé une tâche de meulage standardisée selon 2 conditions d’assistance: manuellement (traditionnellement, avec une meuleuse manuelle) et avec un robot collaboratif manipulé (Cobot, constitué d’un bras articulé supportant une meuleuse et amplifiant la force appliquée). La tâche de meulage était décomposée en 4 mouvements distincts: de gauche à droite, de droite à gauche, d’avant en arrière et d’arrière en avant). Il était également demandé aux meuleurs d’appliquer une force constante sur la pièce selon 2 niveaux de force: F1=35N et F2=70N (avec un retour visuel de la force appliquée). La vitesse de meulage était standardisée (10mm/s) et la hauteur de la pièce à meuler était ajustée aux caractéristiques anthropométriques des opérateurs. L’activité électromyographique (EMG) de 16 muscles des membres supérieurs, du dos et des membres inférieurs a été enregistrée en continu. Une valeur moyenne a été calculée par muscle pour chaque condition expérimentale (4 mouvements et 2 niveaux de force). Toutes conditions expérimentales confondues, l’utilisation du Cobot réduisait significativement (p<0.05) l’activité musculaire de 11 muscles (-34% en moyenne). Aucune modification n’était observée pour 4 muscles et une augmentation (p<0.05) était enregistrée pour 1 muscle (+31% en moyenne). En analysant par condition expérimentale, les résultats montraient davantage de disparité. D’une manière générale, les muscles dont l’activité était réduite pour F1 avec l’utilisation du Cobot (-23% en moyenne), présentaient pour F2 une diminution encore plus importante (-45% en moyenne). Ces réductions étaient plus ou moins prononcées selon le mouvement effectué. Pour certains muscles (triceps droit et fléchisseurs radial gauche), le plus faible niveau de force (F1) engendrait une élévation de leur activité alors que le plus haut niveau (F2) pouvait induire, selon le mouvement, une réduction de celle-ci. Enfin, l’activité de muscle erector spinae droit était, quel que soit le mouvement ou le niveau de force, plus élevée lors de l’utilisation du Cobot. Nos résultats ont montré des réductions d’activités EMG pour de nombreux muscles lors de la manipulation du Cobot. Ces réductions étaient d’autant plus importantes que la tâche réalisée nécessitait un niveau élevé de force à appliquer sur la pièce. L’amplification de la force produite par le Cobot serait alors plus avantageuse pour l’opérateur lors de tâches nécessitant d’appuyer fortement sur la pièce. L’évolution de l’activité EMG de certains muscles, différente en fonction des conditions expérimentales, souligneraient le fait que, comme pour les exosquelettes (Theurel & Desbrosses, 2019), les effets de ce dispositif d’assistance seraient dépendants de la tâche. Dans cette tâche de meulage avec Cobot, des muscles interviendraient principalement pour stabiliser l’outil et la pression exercée lors de faibles niveaux de force et deviendraient davantage actionneurs pour des niveaux de force plus élevés. Enfin, l’activité plus prononcée du muscle erector spinae droit pourrait être liée aux caractéristiques propres du Cobot (terminal plus volumineux, bras mécanique placé à droite de l’opérateur…) pouvant induire une flexion différente du tronc. En conclusion, l’utilisation d’un robot collaboratif manipulé pourrait réduire les sollicitations musculaires. Ces diminutions seraient toutefois dépendantes de la tâche réalisée. Par ailleurs, la manipulation du robot collaboratif pourrait induire de nouvelles contraintes. Ainsi, dans un objectif de prévention des TMS, l’intégration en entreprise d’un tel dispositif doit être réfléchie en considérant précisément la tâche qui est effectuée et l’ensemble des répercussions possibles liées à l’utilisation du Cobot.