Analyse de la sécurité de postes de travail cobotiques assistée par simulation interactive et réalité étendue

La robotique collaborative vise à améliorer la flexibilité des systèmes de production tout en réduisant les contraintes biomécaniques imposées aux opérateurs. Cependant, faire sortir les robots de leurs cages introduit des risques liés à l'interaction homme-robot, complexes à évaluer. À ce jour, les normes existantes fournissent une base pour une telle évaluation, mais il n’existe, à ce jour, aucun outil générique (non lié à un fabriquant, tenant compte de tous les types de risques) à disposition des concepteurs et des intégrateurs de postes de travail cobotiques permettant de calculer les quantités dynamiques liées à la sécurité des opérateurs.
Cette thèse vise à développer des modèles et des algorithmes permettant de prédire et d'évaluer les risques associés à une application robotique collaborative, prenant en compte des incertitudes liées aux caractéristiques dynamiques du robot et à son contrôle.
Ainsi, un algorithme d'évaluation des risques basé sur la simulation est développé. Il repose sur l'évaluation des critères suivants:
· distance de séparation (fig. 1) : s'assurer qu'aucun contact ne se produit entre l'opérateur et le robot avant l'arrêt complet du robot (coexistence et collaboration indirecte) ;
· force et pression (fig. 2) : s'assurer que la force et la pression appliquées à l'opérateur ne dépassent jamais les seuils définis dans la norme ISO TS 15066 (collaboration directe).
Le critère de séparation nécessite de modéliser la position de l’opérateur, qui peut s’avérer incertaine. Cette difficulté est traitée au travers du concept de volume accessible à l'homme [Huc22].
Les critères de force et de pression dépendent de la modélisation des collisions homme-robot. L’approche utilisée dans cette thèse s'appuie sur les modèles proposés dans [Her23] [Byn22].
Notre algorithme d'évaluation des risques basé sur la simulation sera appliqué au jumeau numérique de deux cas d'étude réels (fig. 3):
· collaboration indirecte : l'opérateur et le robot ne travaillent pas sur le même assemblage au même moment (critères de séparation des espaces)
· collaboration directe : l'opérateur et le robot travaillent sur le même assemblage au même moment (critères de force et de pression).
L'algorithme sera implémenté dans l’environnement Omniverse/Isaac SIM (cinématique, simulation dynamique, rendu graphique) combiné à la bibliothèque SolidGeometry développée au CEA-LIST pour les calculs géométriques. La représentativité de cet algorithme sera évaluée par rapport à un poste de travail réel.
Ensuite, cet algorithme sera combiné avec un algorithme d'optimisation pour aider les concepteurs à sélectionner et à positionner les dispositifs de protection. Des méthodes classiques d'optimisation et d'intelligence artificielle seront mises en œuvre. Enfin, le poste de travail optimisé sera testé dans un environnement de simulation interactif et la distance d'arrêt du robot sera validée en utilisant la réalité étendue, qui permet la superposition des robots réels et simulés.