协作机器人将安全放在首位

确保协作机器人本质上的安全是一个挑战，随着各种安全标准的实施，这个挑战已经得到了稳步解决。适用安全标准的制定始于ISO 10218-1:2006(2011年更新)和ISO 10218-2:2018。第1部分只介绍了机器人(操纵器和控制器)，而第2部分介绍了机器人系统/单元和应用程序。自2016年起，ISO/TS 15066:2016规定了协作工业机器人系统和工作环境的安全要求，并补充了ISO 102181和ISO 102218中对协作工业机器人操作的要求和指导。

正是这些标准使今天的企业能够创造一个协作机器人可以全职与人类一起工作，执行协作任务的环境，这导致了各种专用解决方案的创建。

协作机器人是为了与人类并肩安全工作而开发的。优优机器人英国销售经理马克•格雷表示:“通过接管最费力和最危险的任务，协作机器人可以改善人类员工的工作环境，让他们腾出时间，专注于更有创造性、体力要求更低的任务。”

格雷说:“通用机器人公司的协作机器人包含了许多安全功能，旨在显著降低伤害的风险。”“它的功能包括高度敏感的传感器，一旦接触到意外物体，它会立即停止所有操作。”

定义协作的含义

然而，根据三菱电机EMEA地区伺服/运动和机器人产品经理Oliver Giertz的说法，人类与机器人伙伴一起工作的经典形象是现代协作机器人的一个相当有限的定义。“在适当的安全考虑下，在‘协作环境’中使用传统上被认为是工业机器人的机器人是可能的。三菱电机创造了‘协作机器人’一词，以涵盖更广泛的协作定义。”

将更快、更强大的机器人引入经典的协作机器人环境，需要对安全性进行额外的考虑。“它将协作扩展到典型的低速、低扭矩台式协作机器人之外。例如，当物体(人类操作员)被触摸时，传统的协作机器人会因扭矩的微小增加而停止，而更强大的机器人则需要使用额外的安全技术。”

典型的使用

经典协作机器人的典型用途包括拾取和放置应用，处理不同生产步骤之间的操作，或者用于机器人必须精确地遵循指定轨迹的跟踪应用。

在像这样的人机协作(hrc)中，人类和机器人的工作空间在空间和时间上重叠，以结合机器的优势和优势-例如可靠性，耐久性和重复准确性-与人类的灵巧性，灵活性和决策能力的优势。

Pilz公司的咨询服务经理Jochen Vetter警告说，即使是协作机器人也不能自己提供安全保障。重要的是要明白，没有安全的机器人，只有安全的机器人应用。他说:“安全性来自规范边界条件的相互作用，基于此的风险分析，选择具有相应安全功能的机器人和匹配的额外安全组件，最后来自验证。”

技术规范ISO/TS 15066“机器人和机器人设备-协作工业机器人”在这里发挥了关键作用，使在适当验证后实现安全的人机协作成为可能。该规范将四种类型的协作描述为保护原则。

• 安全级监控停机
• 手的指导
• 速度和分离监测
• 功率和力限制。

在实现安全的HRC时，系统集成商可以为其应用程序选择这些协作类型中的一种或它们的组合。

ISO/TS 15066附录描述了车身模型。它为身体的每个部位——头部、手部、手臂或腿部——提供有关各自碰撞极限值的信息。当人类遇到机器人时，如果应用程序保持在这些限制之间，那么它就是兼容的。这些疼痛阈值在实践中用于验证安全的HRC，并形成实施功率和力限制应用的基础。

Vetter强调了机器人应用的基本风险评估面临的巨大挑战:“人与机器分开的工作区域之间的界限已经不复存在。”除了机器人带来的危险外，还需要考虑人的动作。但在速度、反应或另一个人的突然到来方面，它们并不总是可以计算的。

接下来的步骤——安全概念和安全设计——包括人的因素以及正确组件的选择。这些通常是相互连接的智能传感器和控制系统的组合，使必要的动态工作过程成为可能。选定的安全措施将被记录下来，并在“系统集成”步骤中实施。接下来是“验证”，再次仔细检查前面的步骤。

即插即用安全

许多协作机器人被设计成在工厂内移动，因此随着生产团队学习如何部署和重新部署他们的协作机器人，相关的安全系统必须几乎是“即插即用”的。英国SICK公司的机械安全产品专家Martin Kidman博士说:“投资任何机器人应用都没有什么意义，只会实施一个限制你试图提高工作流程效率的安全系统。”“设计良好的安全系统将保障机器的正常运行时间，最大限度地减少启停操作，并仔细考虑在机器人周围建立安全保护区域所需的空间。即使机器人制造商在设计中加入了降低风险的功能，也必须进行风险评估。”

任何安全方程式都有两个部分:首先，硬件本身安全吗?其次，它的使用方式安全吗?系统制造商和集成商需要对机器人制造商采取的结构安全措施进行检查。他们还必须考虑可能存在的任何危险或风险，并相应地设计机器人系统。

基德曼说:“例如，考虑为任务选择的机器人工具或末端执行器的设计、工件本身或工作空间内的其他机器的设计同样重要。”

EN ISO 10218详细说明了危险，并要求控制系统的安全相关部分设计符合PLd (ISO 13849)或SIL2 (IEC 62061)，而ISO TS 15066专门关注协作机器人的安全性。

根据应用程序是否用于机器人的合作，协作或交互使用，通常需要纳入额外的措施来降低风险。这些额外措施通常以传感技术和系统的形式出现，如安全光幕或激光扫描仪，用于探测人类的存在或确定人类向危险区域移动的速度及其与危险区域的距离。

结论

随着协作机器人在制造业中的使用增加，记住协作机器人与人类之间的接触可能导致碰撞的可能性是至关重要的。即使使用一开始就设计为与人类协同工作的机器人，也应该在使用协作机器人之前完成风险评估，并对其所有可能的应用进行评估。记住，没有安全的机器人;只有安全的机器人应用。

苏珊娜吉尔编辑器,欧洲控制工程。本文最初发表于欧洲控制工程网站。克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程、《媒体,cvavra@cfemedia.com。

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