Effets de différents facteurs sur la fonction de limitation de la puissance et de la force des robots collaboratifs

La mise en œuvre d'applications robotiques collaboratives et la proximité homme-robot qui en résulte peuvent engendrer un certain nombre de risques, notamment des risques d'impact et d'écrasement pour les opérateurs ou les tiers se déplaçant dans l'environnement du robot. Différents moyens de protection sont à la disposition des intégrateurs pour limiter les effets d'un éventuel contact entre l'homme et le robot, notamment la fonction de limitation de puissance et de force (PFL). Il s'agit d'une fonction intégrée au robot qui lui permet d'arrêter ses mouvements lorsqu'une collision est détectée.
Il existe différentes solutions technologiques pour réaliser cette fonction. Certains fabricants de robots utilisent des capteurs de force situés sur chacune des articulations du robot, tandis que d'autres utilisent un seul capteur placé sous la base du robot. Une autre approche consiste à mesurer le courant consommé par les moteurs pour déterminer s'il y a eu collision. Quelle que soit la technologie utilisée pour la limitation de la puissance et de la force, les fabricants de robots collaboratifs la mettent en œuvre en tant que fonction de sécurité.

Il est possible d'ajuster le seuil de niveau de cette fonction de sécurité en modifiant de nombreux paramètres (valeur seuil pour la force, le moment, l'accélération, la puissance, etc.) Par conséquent, les intégrateurs se trouvent confrontés à un choix complexe de paramètres.

La diversité des technologies utilisées par les constructeurs et leurs éventuelles limitations, ainsi que les difficultés rencontrées par les intégrateurs pour le paramétrage ont conduit l'INRS à mener une étude identifiant les facteurs susceptibles d'affecter le fonctionnement du PFL. Pour répondre à cette problématique, un banc d'essai dédié a été conçu pour être compatible avec une large gamme de robots collaboratifs. Cette installation expérimentale permet de simuler des scénarios de contact homme-robot dans différents profils de trajectoire du robot, tout en faisant varier les paramètres de la fonction PFL. L'objectif de cette installation expérimentale est de :
- mesurer les valeurs réelles des forces impliquées dans différentes situations de contact homme-robot à l'aide d'un dispositif de mesure de la puissance et de la force,
- s'assurer que les valeurs de force mesurées ne dépassent pas les valeurs seuils programmées dans le robot (basées sur les valeurs théoriques définies dans la spécification technique ISO TS 15066),
- identifier les facteurs, y compris les paramètres de configuration et les trajectoires du robot, susceptibles d'avoir un impact significatif sur la fonction de sécurité PFL, entraînant une variation de la valeur de la force mesurée.

Dans cette étude, deux robots collaboratifs du marché utilisant différentes technologies PFL et largement utilisés dans l'industrie européenne ont été testés. Cet article présente les résultats des mesures effectuées sur ces robots dans des situations de contact contraint (quasi-statique) et non contraint (transitoire). Ces expériences ont été menées en utilisant la méthodologie "un facteur à la fois", dans laquelle les mesures de force ont été effectuées en faisant varier successivement tous les paramètres de réglage accessibles par l'utilisateur. En outre, ces expériences ont été réalisées pour différentes trajectoires du robot. Cet article détaille le protocole d'essai utilisé pour réaliser les mesures de force et analyse l'impact des différents paramètres et trajectoires du robot sur le comportement de la fonction PFL. Enfin, cet article propose des points de vigilance et donne des recommandations sur la manière d'intégrer une application robotique collaborative, et sur la manière de mesurer la force de contact homme-robot.