La norme NF EN ISO 10218-2 de 2011 précise quatre fonctionnements collaboratifs et leurs principes de mise en sécurité. Ces quatre principes de mise en sécurité peuvent être combinés entre eux et le choix se fait en fonction des résultats de l’analyse de risques.

L’arrêt nominal de sécurité contrôlé

Ce principe consiste à arrêter les mouvements du robot dès lors que l’opérateur pénètre dans l’espace de travail collaboratif. Cet arrêt est déclenché par des dispositifs de sécurité (barrières immatérielles, scrutateurs, etc.) qui détectent la présence de l’opérateur. Afin de respecter les règles d’implantation de ces dispositifs de protection, il est essentiel de calculer les temps de réponse afin de déterminer la distance à laquelle doivent être installés ces dispositifs afin de garantir l’arrêt sûr du mouvement du robot avant un éventuel contact avec l'opérateur. Dans ce cas, le robot ne reprend son activité que lorsque l’opérateur quitte cet espace. L’arrêt du robot peut être réalisé sous énergie, ce qui facilite la reprise automatique du mouvement du robot. La mise en œuvre de l’arrêt nominal de sécurité contrôlé est rendue possible grâce à des fonctions de sécurité qui permettent, par surveillance de la vitesse ou de la position, de garantir un arrêt maîtrisé du robot. La plupart des fabricants de robots proposent des cartes ou des modules pour la mise en œuvre de ces fonctions de sécurité.

Le guidage manuel

Le fonctionnement permettant le guidage manuel du robot est autorisé sous réserve de disposer d’une poignée de validation et d’un arrêt d’urgence comme indiqué dans la norme NF EN ISO 10218-1. Ce type d’interaction peut être utilisé aussi bien pour les robots d’assistance physique sans contention utilisés pour des tâches de production que pour les tâches d’apprentissage de robots industriels. Dans ce dernier cas, l’opérateur doit pouvoir déplacer le robot manuellement afin de lui montrer les trajectoires qu’il devra suivre. Bien que la norme n’utilise le terme « fonctionnement collaboratif » que pour les tâches de production, nous considérons l’apprentissage par guidage manuel comme de la collaboration homme-robot du fait de la similitude des risques et des moyens de prévention. Dans les deux cas, il est nécessaire d’utiliser un dispositif de validation et un arrêt d’urgence. La différence majeure entre ces deux modes d’usage concerne la vitesse d’évolution du robot qui doit être inférieure à 250 mm/s lors d’un apprentissage. 

Le contrôle de la vitesse et de la distance de séparation

Ce principe de sécurité consiste à maintenir une distance de séparation entre l'opérateur et le système robot en fonction de leurs mouvements. Cette distance ainsi que la vitesse des parties mobiles du robot doivent être contrôlées de manière sûre. Les valeurs limites de ces deux paramètres sont déterminées lors de l'évaluation des risques.
De nombreux travaux de recherche expérimentent des applications collaboratives faisant appel à cet élément de sécurité. A ce jour, la mise en œuvre de telles solutions technologiques reste néanmoins peu répandue. Ceci s’explique en partie par la difficulté de développer des dispositifs fiables pour la détection et le suivi en temps-réel de l’opérateur dans l’espace de travail collaboratif. 

La limitation de la puissance et de la force du robot par conception ou par commande

À la différence des autres éléments de sécurité, celui-ci permet, sous certaines conditions, le contact entre l’opérateur et le système robot dans l’espace de travail collaboratif. Il impose toutefois la mise en place de dispositifs limitant les effets des impacts lors d’une collision.
Du point de vue de la conception, les solutions suivantes peuvent y contribuer : réduire la masse du robot, recouvrir le robot de matériaux amortissants, augmenter les surfaces de contact en privilégiant les surfaces arrondies. Du point de vue du système de commande, le robot doit être capable d’assurer la détection des collisions (capteur d’efforts, mesure de courant moteur, etc.) et d'arrêter son mouvement d’une manière sûre.
Cet élément de sécurité est utilisé dans des applications pour lesquelles l’analyse des besoins et l’analyse des risques ont démontré la pertinence de son utilisation comme mesure de prévention. Il ne permet toutefois pas de couvrir tous les risques mécaniques car une limitation de puissance et de force ne peut, par exemple, pas protéger des risques de coupure ou de perforation causés par un outil acéré et pointu. Dans les situations de travail où le contact du système robot avec le visage ou d’autres parties sensibles du corps humain est prévisible, cet élément de sécurité est inadapté.
Il est nécessaire de s’assurer que la mise en œuvre de cet élément de sécurité ne génère pas de contraintes physiques, psychiques ou mentales pour l’opérateur. Les contacts répétitifs, les gestes d’évitement ou de manipulation du système robot sont autant d’éléments à analyser à toutes les étapes du projet, y compris en cours d’utilisation par retour d’expérience et mise en place d’actions correctives dans le but d’une amélioration continue des conditions de travail.

Ces solutions techniques doivent être associées à des solutions organisationnelles : 

• actions de formation à l’utilisation sure du robot par les opérateurs et développement de nouvelles compétences. Il s’agit notamment de faire évoluer l’activité de l’opérateur vers des tâches à plus forte valeur ajoutée (diminution des tâches répétitives et monotones, enrichissement des tâches manuelles par des tâches de type supervision, gestion et/ou anticipation) ;  
• suivi d’activité (observation des changements introduits par le robot collaboratif, notamment leurs impacts physiques et psychosociaux). L’objectif est de veiller à ce que des contraintes physiques et/ou psychiques n’émergent pas, même longtemps après l’intégration du robot collaboratif dans la situation de travail ;
• changement d’organisation (adaptation du travail demandé, modification du poste de travail, réaménagement du travail collectif). Il s’agit de définir le partage des tâches dans l’activité entre l’opérateur et le robot collaboratif mais aussi de clarifier et d’articuler les rôles de chacun dans l’équipe. Parmi cet ensemble de tâches, il convient d’indiquer aux opérateurs celles qui sont prioritaires dans la nouvelle situation de travail tout en laissant des marges de manœuvre à l’opérateur dans la collaboration ainsi qu’au collectif et d’être attentif au soutien social.

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