Robotique collaborative : un nouvel équilibre entre productivité et sécurité

En quelques années, les cobots ont quitté les salons professionnels pour s’installer au cœur des lignes d’assemblage. Baisse des coûts, manque de main-d’œuvre, pression sur les délais et la qualité : tous les signaux poussent les industriels à automatiser davantage, y compris sur des postes historiquement “trop flexibles” pour la robotique traditionnelle.

Mais cette montée en puissance s’accompagne d’un changement de paradigme : la robotique collaborative repose sur un partage d’espace entre l’homme et la machine. Résultat : les exigences de sécurité ne sont plus les mêmes que pour une cellule robotisée classique, cloisonnée derrière des barrières.

Pour un directeur d’usine, un responsable HSE ou un chef de projet industrialisation, la question n’est plus “Faut-il un cobot ?”, mais plutôt : “Comment l’intégrer dans une ligne d’assemblage moderne, sans créer de nouveaux risques et avec un retour sur investissement mesurable ?”.

Ce que change réellement la robotique collaborative pour les lignes d’assemblage

Sur le papier, un cobot, c’est simple : un robot plus léger, plus intuitif, qu’on peut approcher de très près. Dans la pratique industrielle, la robotique collaborative modifie la façon de concevoir les postes, d’organiser les flux et de penser la sécurité.

Quatre évolutions majeures ressortent sur le terrain :

• Des postes hybrides homme–robot : l’opérateur reste au centre du processus, le cobot prend en charge des tâches répétitives, pénibles ou de haute précision.
• Des cycles plus courts et plus flexibles : changement de série rapide, reprogrammation simplifiée, reconfiguration de poste sans gros travaux.
• Une approche sécurité en “couches” : le risque n’est plus confiné, il est géré dynamiquement (vitesses réduites, détection de présence, limite d’effort).
• Une implication plus forte des équipes de terrain : les opérateurs deviennent co-concepteurs des postes collaboratifs et non simples “utilisateurs finaux”.

Autrement dit, un projet cobot n’est pas un “mini-projet robotique”. C’est une refonte locale de l’organisation du travail, avec des impacts directs sur la productivité, l’ergonomie et la maîtrise des risques.

Nouvelles exigences de sécurité : au-delà du “cobot = sûr”

Un point clé, souvent mal compris : un cobot n’est pas “intrinsèquement sûr” en toutes circonstances. C’est l’application collaborative qui doit être sécurisée.

Les référentiels qui font autorité aujourd’hui sont notamment :

• ISO 10218-1 et 10218-2 : exigences générales de sécurité pour les robots industriels et les systèmes robotisés.
• ISO/TS 15066 : spécifications techniques pour la robotique collaborative, avec des valeurs limites d’efforts et de pressions par partie du corps.
• La Directive Machines 2006/42/CE (et son évolution) : cadre réglementaire européen pour les équipements de travail.

Concrètement, trois familles d’exigences structurent les projets de cobot en assemblage.

Évaluation de risques spécifique à l’application collaborative

L’évaluation des risques, déjà obligatoire pour toute machine, devient centrale avec la collaboration homme–robot. Elle ne se limite plus à “y a-t-il un risque d’écrasement ou de cisaillement ?”, mais s’élargit à des scénarios dynamiques :

• Opérateur qui intervient en zone de travail pour réajuster une pièce.
• Changement de prise de pièce par le cobot, avec trajectoires variables.
• Poste partagé entre plusieurs opérateurs selon les équipes ou la charge.

Les intégrateurs les plus matures systématisent une démarche en trois temps :

• Analyse des tâches réelles : observer le poste en conditions normales, dégradées (aléas, changements de série) et de maintenance.
• Identification et hiérarchisation des risques : chocs, écrasements, vibrations, risque de coincement, mais aussi risques organisationnels (sur-sollicitation de l’opérateur, complexité des modes opératoires).
• Choix des mesures de réduction de risques : conception mécanique, limitations de performance, fonctions de sécurité, procédures et formation.

En sortie, on retrouve un “profil de sécurité” de l’application, qui conditionne directement le choix des fonctionnalités collaboratives et des équipements complémentaires (laser scanners, tapis sensibles, barrières optiques, etc.).

Quatre modes de collaboration homme–robot à maîtriser

L’ISO/TS 15066 définit quatre modes fondamentaux de collaboration, souvent combinés dans un même poste :

• Arrêt surveillé de sécurité (Safety Monitored Stop) : le robot s’arrête dès qu’un opérateur entre dans la zone de travail. Idéal pour des interventions ponctuelles.
• Guidage manuel (Hand Guiding) : l’opérateur déplace le robot à la main, en mode bridé, pour l’apprentissage de trajectoires ou le positionnement précis.
• Surveillance de la vitesse et de la séparation (Speed and Separation Monitoring – SSM) : la vitesse du robot varie en fonction de la distance à l’opérateur (via des capteurs de présence, scanners, caméras).
• Limitation de puissance et de force (Power and Force Limiting – PFL) : le robot est conçu pour que tout contact reste en dessous de seuils d’effort acceptables pour le corps humain.

Dans les lignes d’assemblage, on observe très fréquemment des combinaisons du type :

• SSM en approche (vitesse réduite à proximité de l’opérateur).
• PFL au contact pour des opérations de vissage collaboratif ou de manipulation de pièces.
• Arrêt surveillé de sécurité pour la maintenance ou certains changements d’outils.

Le choix du mode ou de la combinaison de modes n’est pas un sujet “confort”, mais un levier direct de cadence, d’ergonomie et de conformité réglementaire.

Composants, préhenseurs et outillages : le point faible souvent oublié

Un cobot peut être “collaboratif” du point de vue constructeur, mais l’application finale ne plus l’être si :

• Le préhenseur a des arêtes vives ou des zones de pincement.
• L’outil en bout de bras (ex : visseuse, agrafeuse, lame de coupe) présente un risque direct de coupure ou de perforation.
• La pièce manipulée est lourde, instable ou à bords tranchants.

La tendance actuelle est à l’émergence d’une “écosystème collaboratif” complet : préhenseurs souples, systèmes de serrage à déformation contrôlée, outillages à arrêt automatique en cas de contact anormal.

Pour un industriel, la question à se poser à chaque fois est simple : “En cas de choc ou de contact, quelle partie du système va encaisser l’effort, et à quel niveau ?”. C’est souvent là que se joue la différence entre un poste réellement collaboratif et un robot bridé au point de perdre tout intérêt productif.

Cas d’usage concrets en lignes d’assemblage modernes

Dans l’automobile, l’aéronautique, l’électronique ou les biens d’équipement, certains cas d’usage reviennent systématiquement lorsque l’on parle de cobots en assemblage.

Vissage collaboratif et assemblage de composants

Sur des lignes multivariantes, le vissage manuel reste un poste critique : répétitif, physiquement exigeant, et très dépendant de la vigilance de l’opérateur pour garantir le bon couple et la bonne séquence.

Les cobots sont de plus en plus déployés pour :

• Positionner la visseuse de façon répétable, au bon angle et au bon point.
• Contrôler le couple de serrage et la profondeur en temps réel.
• Alléger l’effort physique, notamment en travail en hauteur ou en position difficile.

Retour terrain typique dans un atelier d’assemblage de sous-ensembles mécaniques :

• Réduction de 30 à 40 % des troubles musculo-squelettiques signalés sur le poste.
• Stabilité du couple de serrage dans une plage de tolérance serrée (< ±5 %).
• Temps de changement de série réduit à quelques minutes via chargement de recettes.

Côté sécurité, on retrouve souvent une combinaison PFL + SSM, avec limitation stricte des vitesses en zone de vissage à proximité des opérateurs.

Alimentation de postes d’assemblage et kitting

Un autre gisement de gains se situe dans l’alimentation des postes : acheminer les pièces, préparer des kits, éviter aux opérateurs des déplacements incessants.

Les cobots sont ici utilisés pour :

• Prélever des composants en vrac ou en bacs KLT et les positionner dans des présentoirs ergonomiques.
• Réaliser du kitting dynamique en synchronisation avec l’ordonnancement (référence juste-à-temps à proximité de l’opérateur).
• Assurer des opérations de tri et de pré-assemblage de pièces simples.

Impact mesuré dans une usine d’assemblage électronique :

• Réduction de 20 % des temps de marche sans valeur ajoutée des opérateurs.
• Stabilisation du taux de service en composants à plus de 99 % au poste.
• Diminution des erreurs de picking grâce à l’automatisation des séquences.

La sécurité repose ici beaucoup sur une bonne gestion des zones de circulation, une détection de présence fine et une séparation claire des rôles : à l’opérateur la valeur ajoutée, au cobot la manutention répétitive.

Application de colle, de joint ou de produit d’étanchéité

Les opérations de dépose de colle ou de joints sont sensibles à la fois en termes de qualité et de santé au travail (exposition aux produits, postures).

Un cobot peut :

• Assurer une trajectoire précise et régulière de dépose (épaisseur, largeur, position).
• Maintenir une distance et une vitesse constantes, gages de qualité répétable.
• Permettre à l’opérateur de se concentrer sur la préparation des pièces et le contrôle visuel.

Sur un site de fabrication de boîtiers plastiques, la mise en place d’un poste collaboratif de dépose de colle a permis :

• Une réduction de 25 % des rebuts liés à des défauts d’étanchéité.
• Une diminution de l’exposition directe des opérateurs aux solvants.
• Une meilleure traçabilité via l’enregistrement automatique des paramètres de dépose.

Du point de vue sécurité, la vigilance porte autant sur le mouvement du cobot que sur la gestion des produits (ventilation, EPI, procédures de nettoyage).

Contrôle qualité in-line et traçabilité

Les cobots trouvent aussi une place croissante dans le contrôle qualité, en particulier sur des séries courtes ou des produits complexes :

• Positionnement répétable de caméras de vision ou de capteurs 3D autour de la pièce.
• Contrôles dimensionnels automatisés en cours de production, sans sortir les pièces de la ligne.
• Tests fonctionnels (ouverture/fermeture, serrage, rotation) couplés à des bancs de test.

Avantage clé : la détection précoce des dérives, avec des remontées d’informations directement exploitables pour ajuster les réglages ou la maintenance.

Pour les responsables de production, le lien entre cobot, contrôle qualité et MES permet de passer d’un contrôle échantillonné en fin de ligne à un contrôle plus continu, sans impact majeur sur le temps de cycle.

Checklist : sécuriser un projet de cobot en assemblage, de l’idée au déploiement

Pour éviter l’effet “POC sympathique mais non industrialisable”, un projet de robotique collaborative doit suivre une trajectoire structurée. Une checklist simple permet de cadrer rapidement les priorités.

1. Clarifier le besoin industriel

• Tâche visée clairement définie (vissage, dépose, alimentation, contrôle…).
• Objectifs chiffrés : temps de cycle, taux de défauts, ergonomie, flexibilité.
• Population concernée (nombre d’opérateurs, compétences disponibles).

2. Évaluer l’aptitude du poste à la collaboration

• Analyse des flux et des déplacements autour du poste.
• Identification des sources de risques potentiels (écrasement, coupure, contact avec des produits).
• Vérification de la compatibilité des pièces, outillages et outils avec une approche collaborative.

3. Impliquer les opérateurs dès la phase de conception

• Ateliers terrain pour décrire le “vrai travail” et les aléas.
• Tests sur maquette ou simulateur pour valider les zones de passage, hauteurs, rythmes.
• Recueil des irritants actuels (TMS, gestes inutiles) à adresser prioritairement.

4. Formaliser l’analyse de risques et les exigences de performance

• Réalisation d’une analyse de risques conforme aux normes (ISO 12100, ISO 10218, ISO/TS 15066).
• Définition des niveaux de performance requis (PL, Cat.) pour les fonctions de sécurité.
• Choix des capteurs, variateurs, contrôleurs de sécurité adaptés.

5. Concevoir les modes opératoires collaboratifs

• Clarifier “qui fait quoi” entre l’opérateur et le cobot sur chaque cycle.
• Prévoir des modes dégradés simples et sûrs en cas d’aléa (pièce non conforme, arrêt d’urgence).
• Documenter les procédures de démarrage, d’arrêt et de maintenance.

6. Mettre en place les indicateurs de performance

• Taux de disponibilité du poste collaboratif.
• Temps de cycle réel vs temps de cycle cible.
• Taux de défauts avant/après, rebuts, retouches.
• Indicateurs HSE : accidents, TMS, incidents de proximité.

7. Organiser la montée en compétences

• Formation des opérateurs à l’utilisation et aux premiers diagnostics.
• Formation des techniciens de maintenance aux fonctions de sécurité spécifiques.
• Capitalisation sur un premier projet “pilote” avant déploiement multi-sites.

ROI, acceptation sociale et maturité : les trois leviers de réussite

Un poste collaboratif peut être techniquement au point et pourtant échouer s’il n’apporte pas trois éléments :

• Un ROI lisible : économies de main-d’œuvre, réduction des rebuts, augmentation de capacité, baisse de l’absentéisme.
• Une acceptation forte des équipes : perception d’une amélioration réelle du travail, sentiment de contrôle, simplicité d’usage.
• Une maturité organisationnelle : capacité à piloter plusieurs cellules collaboratives, à maintenir les réglages dans le temps, à faire évoluer les postes.

La robotique collaborative n’est pas uniquement une affaire d’ingénierie. C’est un outil de transformation des ateliers, qui oblige à revisiter l’équilibre entre automatisation et intervention humaine.

Sur les lignes d’assemblage modernes, la question n’est plus “cobots ou pas cobots”, mais : “sur quels postes, avec quels objectifs, et avec quel niveau d’exigence en matière de sécurité et de performance ?”. Les industriels qui obtiennent les meilleurs résultats sont ceux qui abordent le sujet de façon structurée, en intégrant dès le départ les opérateurs, les équipes HSE et les responsables de production autour de la même table.