Contribution to the development of an intelligent safety device for cobotics

Au cours des dernières années, nous avons assisté à un changement de paradigme, passant de la fabrication de robots rigides à des robots compliants. Ceci est dû à plusieurs raisons telles que l'amélioration de l'efficacité des robots dans la réalisation des mouvements explosifs ou cycliques. En fait, l'une des premières motivations à l'origine de ce changement est la sécurité. Parlant de la sécurité à la fois du sujet humain et du robot, tout en s'engageant dans des tâches collaboratives. Ainsi la désignation des cobots. Les cobots peuvent aider un opérateur humain expérimenté dans plusieurs domaines où la précision est essentielle, comme les applications industrielles ou les tâches médicales. Jusqu'à présent, les cobots présentent toujours des problèmes de sécurité, même avec des recommandations réglementaires telles que ISO / TS 15066 et ISO 10218-1 et 2 qui limitent leurs avantages économiques. Dans cette vue, plusieurs projets de recherche ont été lancés dans le monde entier pour améliorer la dynamique des cobots par rapport à la sécurité, ANR-SISCob (Safety Intelligent Sensor for cobots) étant l'un de ces projets. Les travaux menés au cours de cette thèse ont pour but de concevoir des dispositifs de sécurité qui sécuriseront les robots en y introduisant l’aspect de compliance. En effet, nous avons développé deux dispositifs dans lesquels l'aspect sécurité est atteint avec deux approches différentes :- Prismatic Compliant Joint (PCJ) : qui vise à la mise en œuvre dans les articulations linéaires, car peu de travaux ont traité de tels systèmes d'actionnement. Ici, la sécurité est atteinte biomimétiquement tout en faisant face à d'autres critères de sécurité liés aux propriétés mécaniques du corps humain.- Variable Stiffness Safety Oriented Mechanism (V2SOM) : Contrairement au premier dispositif d'inspiration biomimétique qui sert aux systèmes d'actionnement linéaires, le profil de sécurité du V2SOM est axé sur la sécurité selon deux critères de sécurité: force d’impact et HIC. L'aspect ‘orienté sécurité’ est dû à ce que nous appelons la capacité de découplage d'inertie de son profil de rigidité. V2SOM est actuellement dans ses dernières étapes de brevetage.Ces deux appareils seront intégrés dans un robot sériel réalisé dans notre laboratoire.In the recent years, we witnessed a paradigm shift from making stiff robots toward compliant ones. This is due to several reasons such as enhancing the efficiency of robots in making explosive or cyclic motion. In fact, one of the earliest motivations from which this change stems are safety. Speaking of safety of both the human subject and the robot alike, while engaging in a collaborative task. Thus, the designation of cobots. Cobots may assist well-experienced human operator in several domains where precision is a must, such as industrial applications or medical tasks. Until now cobots still display safety concerns, even with regulatory recommendations such as ISO/TS 15066 and ISO 10218-1 et 2 that limits their economic benefits. In this view, several research projects were launched worldwide to enhance the cobot’s dynamics vs safety, ANR-SISCob (Safety Intelligent Sensor for cobots) is one of these projects. The works conducted during this thesis aims at making safety devices that will make robots safe by introducing compliance aspect in them. Indeed, we developed two devices in which safety aspect is achieved with two different approaches: - Prismatic Compliant Joint (PCJ): is aimed at prismatic joint’s implementation, as few works have dealt with such actuation systems. Herein, safety is biomimetically attained while coping with other safety criteria related to the mechanical properties of human body. - Variable Stiffness Safety Oriented Mechanism (V2SOM): Unlike the first device that’s biomimetically inspired and serves at linear actuation systems, V2SOM’s safety profile is safety oriented according to two safety criteria Impact force and HIC, and is designed for rotary actuation. The safety oriented aspect is due to what we call inertia decoupling capacity of its stiffness profile. V2SOM is currently in its final patenting process.Both devices will be integrated in serial robot built in our lab