{"id":7197,"date":"2020-08-12T16:26:39","date_gmt":"2020-08-12T14:26:39","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.generationrobots.com\/?p=7197"},"modified":"2025-06-24T12:19:26","modified_gmt":"2025-06-24T10:19:26","slug":"utilisation-du-bras-collaboratif-panda-pour-assurer-la-securite-des-menuisiers","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/fr\/utilisation-du-bras-collaboratif-panda-pour-assurer-la-securite-des-menuisiers\/","title":{"rendered":"Utilisation du bras collaboratif Franka Research 3 pour assurer la s\u00e9curit\u00e9 des menuisiers"},"content":{"rendered":"\t\t
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Le bras Panda est la V1 du bras Franka Research 3 (FR3), d\u00e9velopp\u00e9 par le constructeur allemand FRANKA EMIKA.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

L\u2019article suivant est un retour sur une exp\u00e9rience men\u00e9e par le centre de recherche INRIA Bordeaux – Sud-Ouest<\/strong>, partenaire de longue date de l\u2019entreprise G\u00e9n\u00e9ration Robots<\/strong>. Dans l\u2019exp\u00e9rimentation d\u00e9crite ci-dessous, les chercheurs de l\u2019INRIA ont utilis\u00e9 un bras collaboratif pour assister les menuisiers pendant l\u2019usinage du bois, afin de r\u00e9duire (voire \u00e9liminer) les risques d\u2019accidents.<\/p>\n\n\n\n

La publication qui a r\u00e9sult\u00e9e de cette exp\u00e9rience a remport\u00e9 le prix du meilleur papier 2020 dans la cat\u00e9gorie Automation lors de la conf\u00e9rence ICRA 2020<\/strong>. L\u2019ICRA est une conf\u00e9rence internationale de la robotique et de l’automatisation. L\u2019\u00e9dition 2020 a rassembl\u00e9 virtuellement (crise sanitaire oblige) plus de 4 000 chercheurs.<\/p>\n\n\n\n

Ateliers de travail, keynotes, s\u00e9ances pl\u00e9ni\u00e8res ont permis aux participants d\u2019\u00e9changer sur les nouvelles innovations en robotique, notamment dans le contexte de la lutte contre le coronavirus.<\/p>\n\n\n\n

\"ICRA<\/figure>\n\n\n\n

Assurer la s\u00e9curit\u00e9 des artisans gr\u00e2ce la robotique collaborative<\/h2>\n\n\n\n

Objectif : <\/strong>r\u00e9duire (voir \u00e9liminer) le risque d\u2019accidents des menuisiers lors de l\u2019utilisation d\u2019une scie circulaire sur table pendant les op\u00e9rations de la d\u00e9coupe de planches.<\/p>\n\n\n\n

Moyen : <\/strong>assister l\u2019artisan d\u2019un troisi\u00e8me bras, robotis\u00e9 et autonome, dont la seule t\u00e2che est d\u2019assurer sa s\u00e9curit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

La menuiserie, une activit\u00e9 \u00e0 risque<\/h2>\n\n\n\n

Raison du choix de cette t\u00e2che :<\/strong> l’usinage du bois a \u00e9t\u00e9 choisi comme t\u00e2che pilote dans ce projet en raison de son importance en menuiserie, mais aussi de la gravit\u00e9 des accidents qu\u2019elle engendre.<\/p>\n\n\n\n

L\u2019IRIS-ST (Institut de Recherche et d’Innovation sur la Sant\u00e9 et la S\u00e9curit\u00e9 au Travail) a ainsi recens\u00e9 5 118 accidents rencontr\u00e9s par 61 764 charpentiers <\/strong>sur l\u2019ann\u00e9e 2016.<\/p>\n\n\n\n

27% <\/strong>de ces accidents \u00e9taient li\u00e9s \u00e0 l\u2019utilisation d\u2019outils.<\/p>\n\n\n\n

D\u2019apr\u00e8s une autre \u00e9tude men\u00e9e aupr\u00e8s de 1 200 apprentis charpentiers, 80% <\/strong>d\u2019entre eux avaient d\u00e9j\u00e0 observ\u00e9 un accident sur leur lieu de travail (J. Hester et al.).<\/p>\n\n\n\n

R\u00e9flexion sur la robotisation des t\u00e2ches d\u2019usinage du bois afin de r\u00e9duire le risque d\u2019accidents<\/h2>\n\n\n\n

Aujourd\u2019hui, il existe des solutions automatis\u00e9es industrielles <\/strong>pour de nombreuses t\u00e2ches d\u2019usinage comme la m\u00e9tallurgie ou la fabrication de composants \u00e9lectroniques. Cependant, ces solutions ne conviennent pas au travail du bois<\/strong>, qui requiert davantage de flexibilit\u00e9, d\u2019adaptabilit\u00e9 et de douceur.<\/p>\n\n\n\n

Ces solutions sont \u00e9galement trop on\u00e9reuses<\/strong> pour les petites entreprises.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

En ce sens, les robots collaboratifs se positionnent comme un outil int\u00e9ressant : <\/strong>moins on\u00e9reux, flexibles, ils permettent \u00e9galement de conserver le savoir-faire des artisans.<\/p>\n\n\n\n

Des solutions alternatives au bras robotique collaboratif ont \u00e9galement \u00e9t\u00e9 envisag\u00e9es pour assister les artisans travaillant le bois et am\u00e9liorer leur s\u00e9curit\u00e9. C\u2019est le cas notamment d’un exosquelette<\/strong>, qui augmenterait la force de l’artisan, r\u00e9duisant ainsi les risques d’accident dus \u00e0 la fatigue ou \u00e0 une pouss\u00e9e trop puissante.<\/p>\n\n\n\n

Conduite de l\u2019exp\u00e9rience sur l\u2019usage d\u2019un bras collaboratif dans la t\u00e2che de d\u00e9coupe de planches<\/h2>\n\n\n\n

Dans l\u2019exp\u00e9rimentation d\u00e9crite ci-dessous, le bras robotique utilis\u00e9 est le robot Panda<\/a><\/strong> du constructeur allemand FRANKA EMIKA<\/strong>, distribu\u00e9 en France par G\u00e9n\u00e9ration Robots.<\/p>\n\n\n\n

Panda est un bras robotique d\u2019excellente manufacture, dot\u00e9 de 7 degr\u00e9s de libert\u00e9 et compatible ROS<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Panda est dot\u00e9 de capteurs de couple au niveau de tous ses axes<\/strong>, ce qui lui conf\u00e8re une tr\u00e8s grande compliance, une qualit\u00e9 recherch\u00e9e dans ce cas pr\u00e9cis.<\/p>\n\n\n\n

\"Bras<\/figure>\n\n\n\n

Par ailleurs moins on\u00e9reux que d\u2019autres bras collaboratifs similaires, ses sp\u00e9cifications techniques convenaient parfaitement \u00e0 cette exp\u00e9rience.<\/p>\n\n\n\n

Si vous \u00eates \u00e0 la recherche d\u2019un bras robotique pour votre projet, nous vous invitons \u00e0 consulter notre article \u201cLes crit\u00e8res \u00e0 regarder avant l\u2019achat d\u2019un bras robotique<\/a>\u201d, qui vous aidera dans votre d\u00e9marche.<\/p>\n\n\n\n

La mission du bras robotique collaboratif<\/h3>\n\n\n\n

Les accidents <\/strong>d’usinage du bois surviennent principalement lorsque la lame de la scie rencontre un n\u0153ud dans le bois<\/strong>. Cela a pour cons\u00e9quence un changement brutal des param\u00e8tres de pouss\u00e9e (vitesse ou orientation) qui surprend l’artisan.<\/p>\n\n\n\n

Le bras collaboratif agira comme un garde-fou pour l\u2019artisan.<\/strong> Ce dernier continuera \u00e0 d\u00e9biter ses planches en les faisant glisser sur la table en direction de la scie circulaire, mais son mouvement sera doubl\u00e9 par le bras robotique. Celui-ci sera en mesure de d\u00e9tecter imm\u00e9diatement un changement de vitesse ou de direction de la planche, et ajustera aussit\u00f4t la force de la pouss\u00e9e en compensation<\/strong>.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

Avec ce syst\u00e8me, l\u2019artisan ne devrait plus rencontrer de modification brutale de la vitesse de glissement de la planche, diminuant ainsi fortement le risque d\u2019accident.<\/p>\n\n\n\n

L\u2019avantage de cette solution est que l\u2019homme n\u2019est pas remplac\u00e9 par la machine, mais simplement assist\u00e9. L\u2019artisan garde le contr\u00f4le de la coupe et reste en contact avec le mat\u00e9riau qu\u2019il usine.<\/p>\n\n\n\n

Etape 1 de l\u2019exp\u00e9rimentation : cr\u00e9ation d\u2019un mod\u00e8le num\u00e9rique<\/h3>\n\n\n\n

L\u2019\u00e9quipe de recherche a commenc\u00e9 par cr\u00e9er un mod\u00e8le virtuel d\u2019une scie circulaire mont\u00e9e sur une table, accompagn\u00e9 d\u2019un op\u00e9rateur humain<\/strong>. Ce mod\u00e8le num\u00e9rique a ensuite \u00e9t\u00e9 impl\u00e9ment\u00e9 dans MatLab<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Dans cette simulation, diff\u00e9rents param\u00e8tres peuvent \u00eatre modifi\u00e9s<\/strong>, comme la force de pouss\u00e9e, l\u2019\u00e9paisseur de la planche, la pr\u00e9sence et l\u2019emplacement de n\u0153uds dans le bois, la vitesse de rotation de la scie…<\/p>\n\n\n\n

A l\u2019aide de ce mod\u00e8le virtuel, les chercheurs ont pu lancer et \u00e9tudier des simulations de sc\u00e9narios potentiellement dangereux pour l’artisan, et qui peuvent \u00eatre facteurs d’accident.<\/p>\n\n\n\n

Ce mod\u00e8le permet de g\u00e9n\u00e9rer de nombreuses simulations d’usinage, qu’elles soient optimales ou facteur d’accident.<\/p>\n\n\n\n

Etape 2 de l\u2019exp\u00e9rimentation : reproduction de la simulation dans la r\u00e9alit\u00e9<\/h3>\n\n\n\n

Construction de la maquette<\/h4>\n\n\n\n

Pour confirmer les observations faites gr\u00e2ce \u00e0 la simulation<\/strong> sur l’impact d’une variation soudaine de la vitesse de la coupe, une exp\u00e9rience a \u00e9t\u00e9 con\u00e7ue<\/strong> par l\u2019\u00e9quipe.<\/p>\n\n\n\n

Afin d\u2019\u00e9viter tout accident inutile, l\u2019\u00e9quipe de l\u2019INRIA Bordeaux – Sud-Ouest a jug\u00e9 plus prudent de cr\u00e9er une fausse table de d\u00e9coupe<\/strong> compos\u00e9e d\u2019un rail de guidage mont\u00e9 sur une table, le long duquel il est possible de faire glisser une planche. Un bras robotique Panda de FRANKA EMIKA vient compl\u00e9ter l\u2019installation.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"Exp\u00e9rimentation<\/figure>\n\n\n\n

Un syst\u00e8me de contrepoids plac\u00e9 sous la table permet de r\u00e9gler la vitesse de glissement de la planche, afin de reproduire celle d\u2019une table de d\u00e9coupe.<\/p>\n\n\n\n

Tests en r\u00e9el<\/h4>\n\n\n\n

L\u2019\u00e9quipe de chercheurs a demand\u00e9 \u00e0 3 personnes diff\u00e9rentes de simuler une d\u00e9coupe de planche sur cette maquette. Chacune a r\u00e9alis\u00e9 5 tests, qui ont \u00e9t\u00e9 enregistr\u00e9s et mesur\u00e9s. Pr\u00e9alablement \u00e0 ces tests, les 3 sujets ont pu effectuer quelques essais, afin de s\u2019habituer \u00e0 l\u2019installation et aux mouvements \u00e0 accomplir.<\/p>\n\n\n\n

Au cours des diff\u00e9rents tests, les chercheurs ont simul\u00e9 des coupes dans des n\u0153uds, entra\u00eenant un brusque changement de vitesse.<\/p>\n\n\n\n

Lorsque ces simulations de passage dans un n\u0153ud se sont produit pour la derni\u00e8re personne qui passait les tests, le bras Panda a appliqu\u00e9 une force verticale constante suppl\u00e9mentaire vers le bas de 50N (le crit\u00e8re d\u2019ex\u00e9cution \u00e9tant un taux de variation de la vitesse planaire sup\u00e9rieur \u00e0 20m\/s2).<\/p>\n\n\n\n

Les courbes ci-dessous repr\u00e9sente les trois cas de figure induit par la simulation d\u2019un n\u0153ud dans le bois :<\/p>\n\n\n\n

\"Utilisation<\/figure>\n\n\n\n