La cobotique : quand les humains et les robots collaborent

Posté le 16 mars 2021 par

La cobotique se traduit par l’ensemble des techniques relatives aux robots collaboratifs, également appelés les cobots. Créés et vendus pour la première fois en 2008 par la société Universal Robots, ils prennent le plus souvent la forme de bras robotisés petits, légers, et extrêmement flexibles. Ils sont capables de réaliser une multitude de tâches afin d’aider les opérateurs dans leurs travaux les plus fastidieux et pénibles. Les robots collaboratifs n’ont pas vocation à remplacer le travail d’un opérateur, mais plutôt de l’accompagner dans ses travaux les plus laborieux.

Ils excellent en combinant le savoir-faire et le pouvoir décisionnel de l’humain avec la force, l’endurance et la précision du robot. Aujourd’hui, le marché de la cobotique se développe très bien. Les enjeux stratégiques de ces petits robots sont étroitement liés aux technologies de l’industrie connectée, comme le deep learning, l’IA ou encore le machine learning. Estimé à 292 millions de dollars en 2017, ce marché porteur représentera les 3,26 milliards de dollars en 2022 et affiche un taux de croissance annuel dépassant les 50% depuis des années.

Quelles sont les différences entre la robotique et la cobotique ?

La robotique collaborative (ou la cobotique) regroupe plusieurs domaines différents et concentre toutes les technologies qui aident à mieux travailler. On retrouve par exemple les exosquelettes (permettant d’assister les efforts pour prévenir l’apparition de troubles musculo-squelettiques), des systèmes d’assistance à la manutention (par exemple les systèmes de bras mécanique pour remplacer les pare-brise), et les robots collaboratifs.

Le robot industriel est une technologie relativement vieille, qui a plus de 40 ans d’existence. Ce type de robot permet de porter des charges très lourdes, à de très grandes vitesses, et nécessite une mise en oeuvre très complexe. Il est souvent nécessaire de les protéger par une enceinte de sécurité et va occuper relativement beaucoup de place sur l’espace de travail. Il faut les programmer par des experts et de nombreux coûts additionnels et accessoires périphériques sont à prévoir.

La cobotique et précisement le robot collaboratif dispose lui de caractéristiques relativement opposées. Sa mise en service est beaucoup plus simple et rapide. La programmation est beaucoup plus abordable et les robots sont habituellement beaucoup plus légers. Ils dépassent rarement les 30kg ce qui va permettre un déploiement ou un redéploiement très flexible. Le cobot est également accompagné de nombreux capteurs de sécurité et ne nécessitent que très peu d’espace, ce qui va lui permettre de travailler côte à côte avec l’Homme. Ces robots collaboratifs sont relativement bon marché et leur retour sur investissement est plus rapide.

Une nouvelle forme de robotique qui simplifie la relation homme – machine

On retrouve en cobotique deux grands types d’application : le travail coopératif et le travail collaboratif. Dans le travail coopératif,  l’humain délègue des tâches au cobot. Alors que le travail collaboratif lui, permet au cobot et à l’humain d’interagir ensemble sur le même élément et en même temps. La cobotique agit donc en parallèle de la robotique usuelle et industrielle qui a plutôt recours à de gros robots. Elle déploie des robots plus petits, qui portent des charges plus faibles et travaillent en activité complémentaire avec l’humain. C’est une nouvelle forme de robotique qui permet de considérablement repenser la relation homme-machine. Il s’agit en fait de simplifier la relation entre l’automatisation des systèmes et l’homme.

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À gauche, un exemple de travail collaboratif. À droite, un exemple de travail coopératif.

Toutefois, dans tout projet initial de cobotique, il conviendra de réaliser une analyse de risque complète, notamment l’identification des dangers, la fréquence d’exposition et les conséquences, etc. Le but d’un cobot n’est pas de remplacer le travail humain par un système ultra-rapide, mais de favoriser l’interaction avec l’utilisateur grâce à la maitrise de sa force, de sa vitesse et de son environnement. Son poids très léger par rapport aux robots traditionnels, lui permet d’être plus sécurisant et peu intrusif. Le robot collaboratif est donc avant tout sécurisé, mais aussi connecté. Il permet une multitude de tâches pour soulager un opérateur d’une tâche laborieuse. Le champ d’action de la cobotique va alors permettre aux travailleurs de rester plus longtemps opérationnels sur le terrain en les maintenant en bonne santé tout en assurant une continuité en termes de compétences avec les robots collaboratifs.

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Collaboration entre un cobot et une opératrice

Une démarche dans la lignée de l’industrie 4.0

La cobotique doit encore atteindre sa maturité pour se développer pleinement en France. Elle fait l’objet du plan de relance soutenant les technologies de l’industrie 4.0. Selon les experts, elle sera bien développée d’ici à 5 ans si les donneurs d’ordre de l’environnement industriel s’emparent encore plus du sujet. La cobotique se développe dans la même lignée que les interfaces cognitives reposant sur des outils d‘intelligence artificielle, de deep learning, ou d’apprentissage renforcé.

L’enjeu est de permettre au système d’apprendre par lui même à demander des solutions à l’opérateur lorsqu’il ne comprend pas un concept. Des travaux de développement en ce sens sont encore à réaliser. Si toutes les industries ne sont pas au même niveau de maturité concernant l’usage de la cobotique, à terme, celui-ci devrait s’étendre à l’ensemble d’entre elles. Les usages y sont nombreux, notamment dans le transport et la manipulation de charges lourdes par les cobots.

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Les robots collaboratifs type « bras 6 axes »

Les domaines multiples de la cobotique

La cobotique oeuvre dans de nombreux domaines d’applications. Les secteurs de l’automobile et de l’aéronautique en France sont les plus porteurs des robots collaboratifs, même si le transport naval et l’agroalimentaire suivent de près cette dynamique. Ces secteurs sont les plus porteurs actuellement. Il existe de plus, un essor de l’utilisation des cobots dans les activités du packaging et de la parfumerie. Il faut comprendre que le principal défaut des robots collaboratifs reste leur vitesse de déplacement.

La norme actuelle impose une vitesse maximale de 250 millimètres par seconde. À titre de comparaison, les robots classiques peuvent eux se déplacer à 1 mètre par seconde. Ce gap de réglementation engendre donc une incompatibilité avec certains cycles de chaînes de montage, ou les contraintes de temps sont élevées, comme dans le secteur automobile par exemple. La construction automobile ne consacre qu’un temps très court à chaque opération, ce qui explique que les robots collaboratifs ne sont pour le moment uniquement utilisé pour du « pick and place » relativement facile à programmer. Les applications ne s’arrêtent toutefois pas à l’industrie, il y en a dans la grande distribution, dans l’hôtellerie… Il y a un marché immense pour la cobotique.

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Utilisation des cobots dans le cadre de projet d’automatisation en laboratoire

La formation et l’emploi dans la cobotique

La formation est un enjeu majeur du développement de la cobotique. Les études montrent que les pays les plus robotisés n’ont pas un taux de chômage important. Dans l’industrie, on constate que la robotisation et l’automatisation des chaînes de production ne réduisent pas le nombre d’emplois. Au contraire, elles favorisent le maintien des usines sur le territoire. Pour attirer les jeunes, il faut faire la promotion de la technologie au sein des usines.

Trois régions qui concentrent l’ensemble des emplois en France

Le nombre d’offres d’emploi dans le domaine de la cobotique a été multiplié par 2,1 entre 2016 et 2017. Ce chiffre tend à suivre une dynamique toujours plus soutenue année après année. Près de quatre offres sur dix concernent le secteur de l’ingénierie R&D. Le reste des offres étant proposés par des entreprises du secteur industriel. Trois régions concentrent l’ensemble des offres d’emploi de ce domaine. L’Île-de-France concentre 20 % des émetteurs d’offres, alors que la région Auvergne Rhône-Alpes en rassemble 19 %. Cette distribution s’explique par l’implantation dans ces régions d’importants pôles de compétitivité développant des activités dans le domaine. Les entreprises des Pays de la Loire sont également à l’origine de 19 % des offres.

La convergence de la mécatronique et de la cobotique

Si les formations se développent de plus en plus en France pour soutenir les jeunes à réaliser leurs études sur des projets de cobotique, les entreprises de leur côté semblent continuer à rechercher des profils confirmés. Ce serait même 72% des offres d’emploi qui viseraient ces profils avancés sur ce domaine, selon les chiffres 2016-2017 de l’Apec. La cobotique reste étroitement liée à d’autres domaines, comme par exemple la mécatronique, qui est le combinaison synergique et systémique de la mécanique, de l’électronique, de l’automatique et de l’informatique en temps réel. Les entreprises recherchent donc le plus souvent des profils d’ingénieurs mécatronique, même si chaque projet nécessite des compétences précises et diverses.

Sources : Techniques-ingenieur.fr (entretien de Olivier Gibaru, enseignant-chercheur au campus Arts & Métiers de Lille) / Apec / Universal Robots

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