测试协同机器人安全的门槛

时间：2019-08-30 来源：机器人在线阅读：7906

协作机器人，合作机器人甚至是合作机器......无论你称之为业界的这个值得关注的角落，人机协作（HRC）都是每个人的想法。由于曾经让人类陷入困境的机器人笼子下降，更多的协作细胞出现，安全是最重要的。2019年10月15日至17日在印第安纳州印第安纳波利斯举行的国际机器人安全会议（IRSC），是北美机器人安全首要会议的最佳时机。

为了充分讨论安全性，我们需要回顾一下人机协作中最容易被误解的方面之一：协作操作的四种方法。

协作机器人越来越受欢迎，特别是在中小型企业中，并且通常是新机器人用户的切入点。中小企业欢迎cobots易于使用，降低部署成本和相对快速的投资回报率。据市场研究公司MarketsandMarkets™称，到2025年，协作机器人市场预计将达到123亿美元。

声音牵强吗？然后考虑这样一个事实，即ABI Research四年前发布的先前预测到2020年cobot产量超过10亿美元。如果市场保持在预计的50％复合年增长率，那么cobots将超过这个标志。

这些乐观的统计数据没有考虑到的是许多包含传统工业机器人的协作应用程序。大多数人在使用术语“协作机器人”时所想到的实际上是“力量和力量有限”或PFL机器人。但PFL只是一种协作操作。实现人机协作的方法不止一种。无防护安全有多种形式和形式因素。两个cobots（PFL机器人）和传统的更高速，更高负载的机器人都可以加入该行动。

在协作机器人操作中，人类操作员可以在机器人系统附近工作，同时机器人的执行器可以使用电源。根据所使用的特定机器人和安全系统，操作员和机器人系统之间的物理接触可能发生在协作工作空间内，而不会对操作员造成伤害。

所述协作工作空间是操作区，其中所述机器人系统，包括所述工件，并且操作人员可以在生产过程中同时执行的任务中的共享空间。

如技术规范ISO / TS 15066 机器人和机器人设备 - 协作机器人中所述，任何协作机器人系统设计都需要采取保护措施，以确保在协同操作期间始终确保操作员的安全。风险评估对于识别危险并估计与协作机器人系统应用相关的风险是必要的，以便可以选择适当的风险降低措施。

工业机器人协同使用的安全要求始于ISO 10218-1,2：2011标准，而在美国，其协调等效ANSI / RIA R15.06-2012，允许使用协作操作但未描述他们详细。ISO / TS 15066：2016（美国协调版：RIA TR R15.606-2016）是旨在与10218 / R15.06一起使用的补充标准，这是描述四种协同操作的文件。每种方法可以单独存在，也可以组合使用。

1）安全监控停止

在使用安全级别监控停止方法的工作单元中，机器人驱动器仍然保持电源，但当人员处于协作工作空间时，不允许机器人移动。一旦人离开协作工作空间，机器人就可以自动恢复高速操作。

机器人系统通常配备有安全设备，例如安全区域扫描仪，光幕或压力垫，其检测操作员的存在或协作工作空间内的其他危险。一旦检测到操作员，机器人系统就会进入保护性停止状态。然后，系统监视人的存在并检测操作员何时离开协作工作空间，之后系统可以以全速处理器恢复自动操作。这种情况允许传统的高速，高负载机器人在大多数时间不受阻碍地运行，但在需要时提供一些人机协作，例如手动部件装载/卸载或检查。

2）手工指导

在协同操作的手动引导方法中，操作人员使用手动引导装置在自动模式下直接控制机器人的运动。在自动模式下，机器人仅响应操作员的直接控制输入。手动引导通常用作智能升降辅助装置，以支撑重型或笨重，笨重的负载的重量，同时操作员将它们移动到适合于组装，检查或其他生产过程的位置。

观看手中的指导。重负荷与这种手动泰坦不匹配。

手动引导方法的一个常见误解是它用于教学或直通教学编程。虽然它们在表面上看起来相似，但手工制导教学和手工指导作为协作操作的方法并不相同。机器人系统处于自动模式时不执行示教。

在操作员进入协作工作空间之前，机器人必须首先执行安全级别的监控停止。只有这样，操作者才能通过某种类型的启动开关手动启动手动引导装置，以便在自动模式下操纵机器人。

当机器人是动力和力限制机器人时，手动引导方法不需要单独的手动引导装置。该合作机器人可以直接操作为在这里看到。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，具有速度和间隔监控的设置允许操作员和机器人系统在协作工作空间中同时移动。通过确保始终保持操作员和机器人系统之间的预定保护间隔距离来减轻风险。

所述保护间隔距离是任何人类，并在协作工作空间的机器人系统的任何移动危险部分之间的最短允许距离。安全级激光区域扫描仪通常用于监控工作单元内的人体运动。当操作员接近保护分离距离时，机器人系统将减速并最终完全停止，表明人类工人太靠近机器人。

保护间隔距离取决于机器人的速度，操作员的速度以及安全系统对接近操作员的响应时间。机器人的运行速度越快，保护间隔距离越宽，因此系统有足够的时间减速和停止。ISO / TS 15066提供了用于计算保护间隔距离的数学公式。

当操作员离开机器人时，系统可以自动恢复运动，同时保持保护间隔距离，如本演示所示。

理论上，正如安全标准所允许的那样，系统可以全速运行自动恢复运动，但实际上，在某些系统中，我们看到手动复位，就像数控机床的机器人加载系统一样。

无安全性并不一定等同于完全没有围栏的工作单元。许多工作单元需要硬保护以包含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，例如火花，飞溅碎片和其他与过程相关的潜在危险。在其他情况下，可能需要保护该过程免受人类的伤害，特别是当涉及卫生问题或吞吐量目标需要不间断的全速处理时。

4）功率和力限制

功率和力限制（PFL）协作需要专门为此类操作设计的机器人本质安全，无论是通过内置安全功能还是安全相关的控制系统。动力和力限制cobots，有时称为PFLR，具有内置的力传感技术，以减轻与其人类同事的影响风险。PFLR通常承载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）与操作员之间的物理接触可以有意或无意地发生。当接触确实发生时，cobots往往重量较轻，边缘圆润，夹点最小，有些甚至配有柔软的皮肤，所有这些都有助于减少伤害。其中一些cobot内置的力感应和碰撞检测有助于减少接触或接触的影响。

通常小巧紧凑，许多PFLR设计用于在繁忙的装配线上与人类一起工作。

虽然cobots被设计为在人类附近工作，或者在某些情况下直接与人类交互，但是cobot并不能立即建立一个固有的安全系统。您必须考虑整个机器人应用程序，包括机械臂末端工具，工件和正在执行的过程，以及它们可能存在的任何潜在危险。风险评估是必须的。

一个示例包括这种协作机器人单元，其需要额外的安全措施以趋向于紧固机器。光幕可防止工人将手伸入按扣机或零件料斗，当人员进入工作区域时，区域扫描仪会使机器人减速。当人离开时，机器人恢复正常速度。

对于功率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低于风险评估确定的疼痛阈值限制来减轻风险。ISO / TS 15066概述了在规范附录中建立阈值限值的方法。

现在我们已经回顾了协作操作的四种方法，很明显，安全对于在协作空间中成功操作机器人仍然是至关重要的。

参加国际机器人安全会议将为您提供最新的安全更新。该年度活动由推进自动化协会和机器人工业协会主办，旨在吸引全球各地的与会者，他们希望加深对与最新机器人安全标准相关的技术规范的理解。志愿者RIA标准委员会延续了30多年的机器人安全领导传统，从1986年出版的第一个机器人安全标准起草开始。

议程上的热门话题包括发布两份新技术报告，为解释和遵守ANSI / RIA R15.06-2012机器人安全标准提供指导。来自康宁的一位发言人将介绍TR 706：机器人系统安全的用户要求，德国莱茵TÜV和美国国家标准与技术研究院（NIST）的安全专家将介绍TR 806：动力和力量限制协作系统的测试方法。

测试和测量风险

即将召开的安全会议的一个重要议题是最近发布的RIA TR R15.806-2018 Power and Force Limited Collaborative Applications测试方法。技术报告描述了用于测量工业协同应用中机器人与人之间接触的压力和力的测试方法和度量。TR还提供了确定测试测量条件的指导。

TR 806不是标准。该技术报告旨在提供信息并补充R15.06-2012标准，并增强技术报告R15.606-2016。

“将人工和自动化流程相结合的好处之一是提高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，这也会增加安全隐患，”RIA标准开发总监Carole Franklin说。“TR 806展示了如何进行功率和力限制协作机器人系统的测试，以确保所施加的压力和力确实保持在TR 606（ISO / TS 15066）中所述的指导范围内。”

她补充道，“自15066年和TR 606发布以来，这已成为众所周知的行业需求。”