Les robots industriels se retrouvent partout dans l'industrie partout où des exigences de productivité élevées doivent être satisfaites. L'utilisation de robots nécessite cependant la conception, l'application et la mise en œuvre des contrôles de sécurité appropriés afin d'éviter de créer des risques pour le personnel de production, les programmeurs, les spécialistes de la maintenance et les ingénieurs système.

Pourquoi les robots industriels sont-ils dangereux ?

Une définition des robots est « des machines automatiques en mouvement librement programmables et capables de fonctionner avec peu ou pas d'interface humaine ». Ces types de machines sont actuellement utilisés dans une grande variété d'applications dans l'industrie et la médecine, y compris la formation. Les robots industriels sont de plus en plus utilisés pour des fonctions clés, telles que les nouvelles stratégies de fabrication (CIM, JIT, lean production, etc.) dans des installations complexes. Leur nombre et leur étendue d'applications ainsi que la complexité des équipements et des installations entraînent des risques tels que :

• mouvements et séquences de mouvements presque impossibles à suivre, car les mouvements à grande vitesse du robot dans son rayon d'action se chevauchent souvent avec ceux d'autres machines et équipements
• libération d'énergie causée par des pièces volantes ou des faisceaux d'énergie tels que ceux émis par des lasers ou par des jets d'eau
• programmation libre en termes de direction et de vitesse
• sensibilité à l'influence d'erreurs externes (par exemple, compatibilité électromagnétique)
• les facteurs humains.

Des enquêtes au Japon indiquent que plus de 50% des accidents de travail avec des robots peuvent être attribués à des défauts dans les circuits électroniques du système de contrôle. Dans les mêmes enquêtes, «l'erreur humaine» était responsable de moins de 20%. La conclusion logique de cette constatation est que les dangers causés par des défaillances du système ne peuvent être évités par des mesures comportementales prises par des êtres humains. Les concepteurs et les exploitants doivent donc prévoir et mettre en œuvre des mesures techniques de sécurité (voir figure 1).

Figure 1. Système de commande de fonctionnement spécial pour la mise en place d'un robot de soudage mobile

Accidents et modes opératoires

Des accidents mortels impliquant des robots industriels ont commencé à se produire au début des années 1980. Les statistiques et enquêtes indiquent que la majorité des incidents et accidents n'ont pas lieu en exploitation normale (réalisation automatique de la mission concernée). Lorsque vous travaillez avec des machines et des installations de robots industriels, l'accent est mis sur les modes de fonctionnement spéciaux tels que la mise en service, la configuration, la programmation, les essais, les vérifications, le dépannage ou la maintenance. Dans ces modes de fonctionnement, les personnes se trouvent généralement dans une zone dangereuse. Le concept de sécurité doit protéger le personnel des événements négatifs dans ce type de situations.

Exigences de sécurité internationales

La directive Machines de la CEE de 1989 (89/392/CEE (voir l'article « Principes de sécurité pour les machines-outils à commande numérique » dans ce chapitre et ailleurs dans ce Encyclopédie)) établit les principales exigences de sécurité et de santé pour les machines. Une machine est considérée comme la somme totale de pièces ou d'appareils interconnectés, dont au moins une pièce ou un appareil peut se déplacer et a donc une fonction. En ce qui concerne les robots industriels, il convient de noter que l'ensemble du système, et non un seul équipement sur la machine, doit répondre aux exigences de sécurité et être équipé des dispositifs de sécurité appropriés. L'analyse des dangers et l'évaluation des risques sont des méthodes appropriées pour déterminer si ces exigences ont été satisfaites (voir figure 2).

Figure 2. Schéma fonctionnel d'un système de sécurité du personnel

Exigences et mesures de sécurité en fonctionnement normal

L'utilisation de la technologie robotique impose des exigences maximales en matière d'analyse des dangers, d'évaluation des risques et de concepts de sécurité. Pour cette raison, les exemples et suggestions suivants ne peuvent servir qu'à titre indicatif :

1. Compte tenu de l'objectif de sécurité selon lequel l'accès manuel ou physique aux zones dangereuses impliquant des mouvements automatiques doit être empêché, les solutions suggérées incluent les suivantes :

• Empêcher l'accès manuel ou physique aux zones dangereuses au moyen de barrières mécaniques.

• Utilisez des dispositifs de sécurité qui réagissent à l'approche (barrières lumineuses, tapis de sécurité) et veillez à éteindre les machines en toute sécurité lors de l'accès ou de l'entrée.

• Autorisez l'accès manuel ou physique uniquement lorsque l'ensemble du système est dans un état sûr. Par exemple, cela peut être réalisé par l'utilisation de dispositifs de verrouillage avec des mécanismes de fermeture sur les portes d'accès.

2. Compte tenu de l'objectif de sécurité selon lequel personne ne peut être blessé à la suite de la libération d'énergie (pièces volantes ou faisceaux d'énergie), les solutions suggérées comprennent :

• La conception doit empêcher toute libération d'énergie (par exemple, des connexions dimensionnées en conséquence, des dispositifs de verrouillage passifs des pinces pour les mécanismes de changement de pinces, etc.).

• Empêcher la libération d'énergie de la zone dangereuse, par exemple par un capot de sécurité dimensionné en conséquence.

3. Les interfaces entre le fonctionnement normal et le fonctionnement spécial (par exemple, dispositifs de verrouillage de porte, barrières lumineuses, tapis de sécurité) sont nécessaires pour permettre au système de contrôle de sécurité de reconnaître automatiquement la présence de personnel.

Exigences et mesures de sécurité dans les modes de fonctionnement spéciaux

Certains modes de fonctionnement particuliers (par exemple, réglage, programmation) sur un robot industriel nécessitent des mouvements qui doivent être évalués directement sur le site d'exploitation. L'objectif de sécurité pertinent est qu'aucun mouvement ne puisse mettre en danger les personnes impliquées. Les mouvements doivent être

• uniquement du style et de la vitesse prévus
• prolongé seulement aussi longtemps que demandé
• ceux qui ne peuvent être exécutés que s'il peut être garanti qu'aucune partie du corps humain ne se trouve dans la zone dangereuse.

Une solution suggérée à cet objectif pourrait impliquer l'utilisation de systèmes de commande de fonctionnement spéciaux qui permettent uniquement des mouvements contrôlables et gérables à l'aide de commandes acquittables. La vitesse des mouvements est ainsi réduite en toute sécurité (réduction d'énergie par la connexion d'un transformateur d'isolement ou l'utilisation d'un équipement de surveillance de l'état de sécurité) et la condition de sécurité est acquittée avant que la commande ne soit autorisée à s'activer (voir figure 3).

Figure 3. Robot industriel à six axes dans une cage de sécurité avec des barrières matérielles

Exigences sur les systèmes de contrôle de sécurité

L'une des caractéristiques d'un système de contrôle de sécurité doit être que la fonction de sécurité requise est garantie de fonctionner chaque fois qu'un défaut survient. Les robots industriels doivent être dirigés presque instantanément d'un état dangereux à un état sûr. Les mesures de contrôle de la sécurité nécessaires pour atteindre cet objectif comprennent les objectifs de sécurité suivants :

• Un défaut dans le système de contrôle de sécurité ne peut pas déclencher un état dangereux.
• Un défaut dans le système de contrôle de sécurité doit être identifié (immédiatement ou périodiquement).

Les solutions suggérées pour fournir des systèmes de contrôle de sécurité fiables seraient :

• disposition redondante et diversifiée des systèmes de commande électromécaniques, y compris les circuits de test
• mise en place redondante et diversifiée de systèmes de contrôle à microprocesseur développés par différentes équipes. Cette approche moderne est considérée comme l'état de l'art ; par exemple, ceux équipés de barrières immatérielles de sécurité.

Objectifs de sécurité pour la construction et l'utilisation de robots industriels.

Lorsque des robots industriels sont construits et utilisés, les fabricants ainsi que les utilisateurs sont tenus d'installer des contrôles de sécurité à la pointe de la technologie. Outre l'aspect de la responsabilité juridique, il peut également y avoir une obligation morale de s'assurer que la technologie robotique est également une technologie sûre.

Mode de fonctionnement normal

Les conditions de sécurité suivantes doivent être fournies lorsque les machines robotisées fonctionnent en mode normal :

• Le champ de mouvement du robot et les zones de traitement utilisées par les équipements périphériques doivent être sécurisés de manière à empêcher l'accès manuel ou physique des personnes aux zones dangereuses du fait des mouvements automatiques.
• Une protection doit être fournie afin que les pièces ou les outils volants ne puissent pas causer de dommages.
• Aucune personne ne doit être blessée par des pièces, des outils ou des pièces éjectés par le robot ou par la libération d'énergie, en raison d'une ou plusieurs pinces défectueuses, d'une panne de courant de la pince, d'une vitesse inadmissible, d'une ou plusieurs collisions ou d'une ou plusieurs pièces défectueuses.
• Aucune personne ne doit être blessée par le dégagement d'énergie ou par des pièces éjectées par des équipements périphériques.
• Les ouvertures d'alimentation et d'évacuation doivent être conçues pour empêcher l'accès manuel ou physique aux zones dangereuses du fait des mouvements automatiques. Cette condition doit également être remplie lorsque le matériel de production est retiré. Si le matériau de production est alimenté automatiquement vers le robot, aucune zone dangereuse ne doit être créée par les ouvertures d'alimentation et d'évacuation et le matériau de production en mouvement.

Modes de fonctionnement spéciaux

Les conditions de sécurité suivantes doivent être fournies lorsque les machines robotisées fonctionnent dans des modes spéciaux :

Les éléments suivants doivent être évités lors de la réparation d'une panne dans le processus de production :

• accès manuel ou physique à des zones dangereuses en raison de mouvements automatiques du robot ou d'équipements périphériques
• dangers qui résultent d'un comportement défectueux de la part du système ou d'une entrée de commande inadmissible si des personnes ou des parties du corps se trouvent dans la zone exposée à des mouvements dangereux
• mouvements ou conditions dangereux provoqués par le déplacement ou l'enlèvement de matériaux de production ou de déchets
• blessures causées par des équipements périphériques
• les mouvements qui doivent être effectués avec le(s) protecteur(s) de sécurité retiré(s) pour le fonctionnement normal, à effectuer uniquement dans le cadre et la vitesse de fonctionnement, et uniquement pendant la durée indiquée. De plus, aucune personne ou partie du corps ne doit être présente dans la zone à risque.

Les conditions de sécurité suivantes doivent être assurées lors de la configuration :

Aucun mouvement dangereux ne doit être initié à la suite d'une commande erronée ou d'une entrée de commande incorrecte.

• Le remplacement de la machine robotique ou des pièces périphériques ne doit pas déclencher de mouvements ou de conditions dangereux.
• Si des mouvements doivent être effectués avec le(s) protecteur(s) de sécurité pour le fonctionnement normal retiré lors des opérations de mise en place, ces mouvements ne peuvent être effectués que dans la portée et la vitesse prescrites et uniquement aussi longtemps que cela est indiqué. De plus, aucune personne ou partie du corps ne doit être présente dans la zone à risque.
• Lors des opérations de mise en place, l'équipement périphérique ne doit pas effectuer de mouvements dangereux ni initier de conditions dangereuses.

Lors de la programmation, les conditions de sécurité suivantes sont applicables :

• L'accès manuel ou physique aux zones dangereuses dues aux mouvements automatiques doit être interdit.
• Si les mouvements sont effectués avec le(s) protecteur(s) de fonctionnement normal retiré(s), les conditions suivantes doivent être remplies :
• (a) Seul l'ordre de se déplacer peut être exécuté, et seulement aussi longtemps qu'il est donné.
• (b) Seuls des mouvements contrôlables peuvent être effectués (c'est-à-dire qu'il doit s'agir de mouvements clairement visibles et à faible vitesse).
• (c) Les mouvements ne peuvent être initiés que s'ils ne constituent pas un danger pour le programmeur ou d'autres personnes.
• L'équipement périphérique ne doit pas représenter un danger pour le programmeur ou d'autres personnes.

Les opérations de test en toute sécurité nécessitent les précautions suivantes :

Empêcher l'accès manuel ou physique aux zones dangereuses en raison des mouvements automatiques.

• Les équipements périphériques ne doivent pas être une source de danger.

Lors de l'inspection des machines robotisées, les procédures de sécurité incluent les éléments suivants :

• S'il est nécessaire d'entrer dans le champ de mouvement du robot à des fins d'inspection, cela n'est autorisé que si le système est dans un état sûr.
• Les dangers dus à un comportement erroné du système ou à une entrée de commande inadmissible doivent être évités.
• Les équipements périphériques ne doivent pas être une source de danger pour le personnel d'inspection.

Le dépannage nécessite souvent le démarrage de la machine robot alors qu'elle se trouve dans une condition potentiellement dangereuse, et des procédures de travail sûres spéciales telles que les suivantes doivent être mises en œuvre :

• L'accès aux zones dangereuses en raison de mouvements automatiques doit être interdit.
• Le démarrage d'une unité d'entraînement à la suite d'une commande erronée ou d'une fausse commande doit être empêché.
• Lors de la manipulation d'une pièce défectueuse, tout mouvement de la part du robot doit être empêché.
• Les blessures causées par des pièces de la machine qui sont éjectées ou qui tombent doivent être évitées.
• Si, pendant le dépannage, des mouvements doivent être effectués avec le(s) protecteur(s) de sécurité pour le fonctionnement normal retirés, ces mouvements ne peuvent être effectués que dans le cadre et la vitesse prescrits et uniquement pendant la durée indiquée. De plus, aucune personne ou partie du corps ne doit être présente dans la zone à risque.
• Les blessures causées par les équipements périphériques doivent être évitées.

La résolution d'un défaut et les travaux de maintenance peuvent également nécessiter un démarrage alors que la machine est dans un état dangereux, et nécessitent donc les précautions suivantes :

• Le robot ne doit pas pouvoir démarrer.
• La manipulation des différentes pièces de la machine, soit manuellement soit avec des équipements auxiliaires, doit être possible sans risque d'exposition à des dangers.
• Il ne doit pas être possible de toucher des parties « sous tension ».
• Les blessures causées par la fuite de fluides liquides ou gazeux doivent être évitées.
• Les blessures causées par les équipements périphériques doivent être évitées.

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