协同机器人安全阈值测试

协作机器人，合作机器人，甚至是合作机器人……不管你怎么称呼这个值得关注的行业角落，人-机器人协作(HRC)是每个人都在关注的问题。当曾经将人类拒之门外的机器人笼子被拆除，更多的合作细胞出现时，安全是最重要的。现在是北美机器人安全大会的最佳时间国际机器人安全会议(IRSC)， 2019年10月15日至17日，印第安纳州印第安纳波利斯。

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为了充分讨论安全性，我们需要回顾一下人类与机器人协作中最容易被误解的一个方面:四种协作操作方法。

协作机器人越来越受欢迎，尤其是在中小型企业中，并且经常是新的机器人用户的切入点。中小企业欢迎合作机器人的易用性、较低的部署成本和相对快速的投资回报率。根据市场研究公司MarketsandMarkets™的数据，中国的汽车销量达到了全球第一到2025年，协同机器人市场预计将达到123亿美元．

听起来牵强吗?再看看ABI Research四年前发布的预测，到2020年，合作机器人的产量将超过10亿美元。如果市场继续以50%的复合年增长率增长，合作机器人将超过这一目标。

这些乐观的统计数据没有考虑到许多整合了传统工业机器人的协作应用程序。当使用“协作机器人”这个词时，大多数人想到的实际上是一种“力量和力量有限”的机器人，或PFL，机器人。但PFL只是一种合作操作。实现人机合作的方法不止一种。不设防的安全有很多形式和形式因素。无论是合作机器人(PFL机器人)还是传统的高速、高载荷机器人都可以加入行动。

在机器人协同操作中，操作者可以在机器人系统附近工作，同时机器人的执行机构可以获得动力。根据所采用的特定机器人和安全系统，操作员与机器人系统之间的物理接触可能会在协作工作空间中发生，而不会对操作员造成伤害。

的协作工作空间是操作区域内的共享空间，包括工件在内的机器人系统和操作员可以在生产过程中同时执行任务。

人-机器人协同操作图，其中1为操作空间，2为协同工作空间。(源ISO / TS 15066)

如ISO/TS 15066技术规范所述机器人及机械装置-协作式机器人，任何协作机器人系统设计都需要保护措施，以确保操作者在协作操作期间的任何时候的安全。风险评估是必要的识别与协作机器人系统应用相关的危险和评估风险，以便选择适当的风险降低措施。

协同使用工业机器人的安全要求始于ISO 10218-1,2:20 2011标准，在美国，它的协调对等的ANSI/RIA R15.06-2012，允许使用协同操作，但没有详细描述它们。ISO/TS 15066:2016(美国协调版:RIA TR R15.606-2016)是用于10218/R15.06的补充标准，该文件描述了四种协作操作类型。每种方法可以单独存在，也可以组合使用。

1)安全级监控停止

在使用安全级别监视停止方法的工作单元中，机器人驱动器仍有电源，但当有人在协同工作空间中时，机器人不允许移动。一旦人离开协同工作空间，机器人就能自动恢复高速运转。

该机器人系统通常配备有安全级别的设备，如安全区域扫描仪、光幕或压力垫，用于检测协同工作空间中存在的操作人员或其他危险。一旦检测到操作员，机器人系统就会处于保护性停止状态。然后，该系统监测人员的存在，并检测操作员何时离开协同工作空间，之后系统可以以全速恢复自动操作。这种类型的场景允许传统的高速、高负载机器人在大多数时间内不受阻碍地操作，但在需要时提供了一些人-机器人协作，例如手动装卸零件或检查。

2)手头的指导

在协同操作的手动引导方法中，当机器人处于自动模式时，操作者通过手动引导装置直接控制机器人的运动。而在自动模式下，机器人只响应操作者的直接控制输入。手动引导通常作为一种智能提升辅助设备，用于支撑沉重或笨重的重物，同时操作员将其移动到组装、检查或其他生产过程的位置。

手表的手在行动指导．沉重的负重无法与这个手动导航的泰坦匹敌。

对手工指导方法的一个常见误解是，它是用于教学或引导教学编程的。虽然表面上看起来相似，但作为一种协作操作的方法，手导教学和手导是不一样的。当机器人系统处于自动模式时，不进行教学。

在操作员进入协同工作空间之前，机器人必须首先执行一个安全级别的监控停止。只有这样，操作者才能通过某种使能开关手动启动手动引导装置，使机器人在自动模式下进行操作。

当机器人为动力限力机器人时，手动引导方法不需要单独的手动引导装置。协作机器人可以直接操作正如我们所见．诸如此类的创新技术为更多的人-机器人增强和协作打开了大门。

3)速度和分离监测

与安全级别的监控停止方法不同，具有速度和分离监控的设置允许操作员和机器人系统在协同工作空间中同时移动。通过确保操作者和机器人系统之间始终保持预先确定的保护距离，可以降低风险。

的保护分离距离为协同工作空间中任意人员与机器人系统任意移动危险部位之间允许的最短距离。安全级别的激光区域扫描仪通常用于监测工作单元内的人体运动。当操作人员接近保护隔离距离时，机器人系统会减速，最终完全停止，表明有人类工人离机器人太近。

保护分离距离由机器人的速度、操作人员的速度以及安全系统对接近操作人员的响应时间决定。机器人的运行速度越快，保护分离距离越宽，系统有足够的时间减速和停止。ISO/TS 15066提供了计算保护间隔距离的数学公式。

当操作者离开机器人时，系统可以在保持如图所示的保护分离距离的同时自动恢复运动这个演示．

理论上，在安全标准允许的情况下，系统可以以全速自动恢复运动，但实际上，在一些系统中，我们看到手动复位。

没有围栏的安全并不一定等同于一个完全没有围栏的工作单元。许多工作单元需要严格保护，以控制机器人操作空间的其他区域，并保护工人免受与机器人系统无关的风险，如火花、飞溅的碎片和其他与工艺相关的潜在危险。在其他情况下，可能需要保护该过程不受人类干扰，特别是在卫生问题或吞吐量目标需要不间断、全速处理的情况下。

4)权力和力量限制

功率和力有限(PFL)协作要求专为这种类型的操作设计的机器人具有内在的安全性，无论是通过内置的安全功能，还是安全相关的控制系统。功率和力限制的合作机器人，有时被称为pflr，有内置的力传感技术，以减少与人类同事的影响风险。pflr通常携带较低的有效载荷并以较低的速度运行。

机器人系统(包括工件)与操作者之间的物理接触可能有意或无意地发生。当接触发生时，合作机器人往往重量更轻，边缘更圆，捏点更少，有些机器人甚至配备了柔软的皮肤，所有这些都有助于减少伤害。在某些合作机器人中，内置的力传感和碰撞检测有助于最小化接触或接触的影响。

许多pflr通常体积小而紧凑，设计用于在繁忙的装配线上与人一起工作。观看这些cobots进行超声波焊接应用。

虽然合作机器人被设计成与人类近距离接触工作，或者在某些情况下直接与人类互动，但合作机器人并不会立即成为一个内在安全的系统。您必须考虑整个机器人应用，包括手臂末端的工具、工件和正在执行的过程，以及它们可能带来的任何潜在危险。风险评估是必须的。

一个例子包括这个协作机器人细胞需要额外的安全措施修理紧固机器。光幕防止工人将手伸进弹片机或零件料斗，区域扫描仪使机器人在有人进入工作信封时减速。当人离开时，机器人恢复正常速度。

对于动力和力量有限的协作操作，通过确保任何潜在的机器人系统危险保持在风险评估确定的疼痛阈值以下，可以降低风险。ISO/TS 15066在规范的附件中概述了建立门槛限值的方法。

现在我们已经回顾了四种合作操作的方法，很明显，在合作空间中成功操作机器人，安全仍然是最重要的。

参加国际机器人安全会议会给你最新的安全信息。由推进自动化协会和机器人工业188jinbaobo org协会主办的年度活动吸引了来自全球各地的参与者，他们希望加深对最新机器人安全标准相关技术规范的理解。由志愿者组成的RIA标准委员会延续了30多年来领导机器人安全的传统，这一传统始于1986年起草的第一个机器人安全标准。

议程上的热门话题包括发布两份新的技术报告，为解释和遵守ANSI/RIA R15.06-2012机器人安全标准提供指导。来自康宁的一位演讲者将介绍TR 706:机器人系统安全的用户要求，来自德国莱茵TUV和美国国家标准与技术研究院(NIST)的安全专家将介绍TR 806:动力与力有限协同系统的测试方法。

测试和度量风险

即将召开的安全会议的一个重要话题是RIA TR R15.806-2018的最新版本动力与力有限的协作应用的测试方法。该技术报告描述了测量工业协作应用中机器人和人之间接触相关的压力和力的测试方法和指标。TR还提供了确定测试测量条件的指导。

TR 806不是标准的。技术报告是对R15.06-2012标准的补充和补充，是对R15.606-2016技术报告的增强。

RIA标准开发总监Carole Franklin说:“将人工和自动化流程结合起来的好处之一是增加了应用程序的灵活性和多样性，但如果协作机器人系统的设计和测试不准确，这也会增加安全风险。”“TR 806演示了如何对功率和力有限的协作机器人系统进行测试，以确保施加的压力和力符合TR 606 (ISO/TS 15066)规定的指导原则。”

她补充说:“自从15066和TR 606出版以来，这一直是一个众所周知的行业需求。”

显示人-机器人协作操作中可能发生的接触类型的图表。从左到右，准静态接触和瞬态接触。(来源RIA TR R15.806-2018)

新的TR 806描述了两种主要类型的接触，可以发生在人类和机器人系统之间的合作操作。

1)静态接触，通常被称为“夹紧”，发生在机器人系统接触人体的一个区域时，该区域受到约束或快速受到固定物体的约束，如夹具、机架、传送带、建筑柱、围栏、栏杆或其他固定结构。

2)瞬态接触当机器人系统接触不受固定对象约束的身体区域时发生。人体可以自由运动，并将被推往机器人系统运动的方向。身体部分没有被夹住，可以从机器人系统的运动部分反冲或缩回。

这些区别很重要，因为在风险评估期间，应该评估整个协作操作，包括手臂末端的加工和工件，并考虑任何可预见的人机接触场景。参阅本文欲了解更多信息，请在今年的安全会议上听取其中一位作者的意见。

机器人用户安全指南

IRSC还将发布预期中的新RIA TR R15.706-2019《工业机器人和机器人系统-安全要求-用户责任技术报告》。

富兰克林解释说:“R15.06主要标准对工业机器人的制造商和集成商提出了要求，但对用户没有指示。”“这是因为美国直接采用了两个ISO文件，而ISO文件不允许对用户提出要求。”

RIA将发布新的tr706，为机器人系统的最终用户提供指导，以确保在其设施中安全使用机器人。TR 706在今年夏天通过了投票，目前正处于出版的最后阶段。

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