用于协同机器人安全的测试阈值

合作机器人，Cobots，甚至Cobotics ...无论你称之为这个行业的Buzzworthy角落，人类机器人协作（HRC）都是每个人的思想。由于曾经在海湾保持人类的机器人笼子下来，并且更多的协作细胞弹出，安全是头脑之大。北美总理在机器人安全性会议上有多努力，国际机器人安全会议（IRSC）2019年10月15-17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，我们需要审查人机协作最误解的方面之一：四种协作操作方法。

合作机器人正在受欢迎，特别是中小型企业之间的普及，并且通常是新机器人用户的入学点。中小企业欢迎Cobots易用性，降低部署成本和相对较快的投资回报率。根据市场研究公司Marketsandmarkets™，建议机器人市场预计到2025年将达到123亿美元．

声音比...然后考虑到前四年前发布的预测Abi Research在2020年之前具有超过10亿美元的Cobot产量。如果市场在预计50％的复古的CAGR中断，Cobots将超越该标记。

这些乐观统计数据不陈述是包含传统工业机器人的许多协作应用。当使用术语“协作机器人”时，大多数人的想法实际上是一个“电力和力量有限”，或PFL，机器人。但PFL只是一种协作操作。实现人体机器人协作的方法不止一种。围着安全有多种形式和形成因素。COBOTS（PFL机器人）和传统的更高速度，更高有效载荷机器人可以加入动作。

在协同机器人操作中，人类操作者可以在机器人系统附近工作，同时为机器人的执行器提供动力。根据特定的机器人和所使用的安全系统，操作者和机器人系统之间的物理接触可能发生在协同工作空间内，而不会对操作者造成伤害。

的协作工作区是机器人系统，包括工件的运行区域内的共享空间，包括工件和人工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表示操作空间，2表示协同工作空间。(源ISO / TS 15066)

如技术规范所示ISO / TS 15066机器人和机器人设备 - 协作机器人，任何协作机器人系统的设计都需要采取保护措施，以确保在协作操作过程中操作员的安全。风险评估是必要的为了识别危险和估计与协作机器人系统应用相关的风险，因此可以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 10218-1,2:201标准，在美国，其协调对等的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，该文件描述了四种类型的协作操作。每种方法可以单独存在，也可以结合使用。

1）安全额定监测停止

在使用安全等级监控停止方法的工作单元中，机器人驱动保持通电，但当有人在协作工作空间时，机器人不允许移动。一旦人离开协同工作空间，机器人可以自动恢复高速运行。

机器人系统通常配备安全额定设备，例如安全区域扫描仪，光幕或压力垫，其检测了合作工作空间内的操作员或其他危险。一旦检测到操作员，机器人系统就会进入保护杆。然后，系统监控人类存在并检测操作员何时留下协作工作空间，之后系统可以以完整的过程速度恢复自动操作。这种类型的场景允许传统的高速，高有效载荷机器人在大部分时间内运行，但在需要时提供一些人机协作，例如用于手动部件加载/卸载或检查。

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，人工操作者使用手动引导设备直接控制机器人的运动。在自动模式下，机器人只对操作者的直接控制输入作出反应。当操作员将重物移动到装配、检查或其他生产过程的位置时，手动引导常被用作智能升降机辅助装置来支撑沉重或笨重的重物。

表手引导. 重型负载无法与这个手控泰坦匹敌。

与手动指导方法的常见误解是它用于教学或引导式教导编程。虽然它们看起来类似的表面，手工引导的教学和手工指导，因为合作操作的方法不一样。在机器人系统处于自动模式时，不执行教学。

在操作者进入协同工作空间之前，机器人必须先执行安全等级的监控停止。只有这样，操作者才能通过某种类型的使能开关手动驱动手动引导装置，从而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。Cobot可以直接操纵如图所示. 像这样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

与安全额定监控停止方法不同，具有速度和分离监控的设置允许人类操作员和机器人系统在协作工作空间中同时移动。通过确保操作员和机器人系统之间始终保持预先确定的保护间隔距离，可以降低风险。

的保护分离距离是协作工作空间中任何人与机器人系统中任何移动危险部件之间的最短允许距离。安全等级的激光区域扫描仪通常用于监测工作单元内的人员移动。当操作员接近保护隔离距离时，机器人系统将减速并最终完全停止，这表明人类工人离机器人太近。

保护性分离距离由机器人的速度，操作员的速度和安全系统的响应时间确定为接近操作员。机器人的操作速度越快，保护性分离距离越宽，因此系统有足够的时间减速和停止。ISO / TS 15066提供用于计算保护性分离距离的数学公式。

当操作员远离机器人移动时，系统可以在保持保护分离距离时自动恢复运动，如图所示这个示威活动．

理论上，在安全标准允许的情况下，系统可以以全过程速度自动恢复运动，但实际上，在某些系统中，我们看到手动复位。

无围栏的安全性并不一定等同于完全没有围栏的工作单元。许多工作单元需要严格保护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过程相关的潜在危险。在其他情况下，可能需要保护过程不受人类影响，特别是当卫生问题或吞吐量目标需要不间断、全速处理时。

4） 功率和力限制

电力和力量限制（PFL）协作需要专门为此类型操作设计的机器人，通过内置安全功能或安全相关的控制系统来固有安全。动力和力量限制Cobots有时称为PFLR，则建立了力量传感技术，以减轻对人类同事的影响风险。PFLRS通常携带较低的有效载荷并以较低的速度运行。

机器人系统之间的物理接触，包括工件和操作员可以故意或无意地发生。当发生接触时，Cobots往往与圆形边缘和最小夹点更轻的重量，有些甚至配备软皮，所有这些都可以帮助最小化伤害。其中一些Cobots中的内置力传感和碰撞检测有助于最小化接触或接触的影响。

通常小型和紧凑，许多pflr被设计用于在繁忙的装配线上与人一起工作。看着这些眼镜蛇执行超声波焊接应用。

尽管合作机器人被设计为与人类接近工作，或者在某些情况下直接与人类互动，但合作机器人并不能立即成为一个固有的安全系统。您必须考虑整个机器人应用程序，包括末端工具、工件和正在执行的过程，以及它们可能出现的任何潜在危险。风险评估是必须的。

一个例子包括这款合作机器人电池需要额外的安全措施倾向于扣紧紧固机。轻型窗帘可以防止工人进入卡扣机或料斗的手中，当一个人进入工作包络时，一个区域扫描仪使机器人减速。当人离开时，机器人恢复正常速度。

对于电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概述了在规范附件中建立阈值限制值的方法。

既然我们已经审查了四种协作操作方法，很明显地看到安全仍然可以成功地在协作空间中运营机器人。

参加这一点国际机器人安全会议会给你最新的安全更新。由先进自动化协会和机器人工业协会主办的年度活动吸引了来自世界各地的与会者，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。志愿者RIA标准委员会延续了30多年来机器人安全领导的传统，从1986年第一个机器人安全标准的起草开始。

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。康宁公司的一位发言人将介绍TR 706：机器人系统安全的用户需求，TUV莱茵公司和美国国家标准技术研究院（NIST）的安全专家将介绍TR 806：功率和力限制协作系统的测试方法。

测试和衡量风险

即将到来的安全会议上的一个重要主题是最近发布的RIA TR R15.806-2018动力和力有限协同应用程序的测试方法。技术报告描述了用于测量与工业协作应用中机器人和人类之间的接触相关的压力和力的测试方法和指标。TR还提供关于确定测试测量条件的指导。

TR 806不是标准。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。

RIA标准开发主管Carole Franklin说：“将人工和自动化过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，这也会增加安全隐患。”TR 806展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实际上保持在TR 606（ISO/TS 15066）中规定的指导范围内。”

她补充说，“自从15066年和TR 606出版以来，这是一个已知的行业需求。”

显示在人机协作操作中可能发生的联系类型的图表。左右，准静态接触和瞬态接触。（Source Ria Tr R15.806-2018）

新的TR 806描述了在协同操作中人与机器人系统之间的两种主要接触类型。

1）准静态接触通常称为“夹紧”，当机器人系统接触到人体的某个区域时，该区域被约束或快速约束在固定物体上，如夹具、机架、输送机、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。人体可以自由移动，并将被推向机器人系统运动的方向。身体部分没有夹紧，可以从机器人系统的移动部分反冲或缩回。

这些区别很重要，因为在风险评估期间，应评估整个协作操作，包括武器端部件和工件，并考虑任何可预见的人机联系方式。请参阅本文有关更多信息，并在今年的安全会议上收到其中一位作者。

机器人用户的安全指导

IRSC即将发布的新RIA TR R15.706-2019工业机器人和机器人系统技术报告-安全要求-用户责任。

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

RIA将发布新的TR 706，为机器人系统的最终用户提供指导，以便在其设施中安全使用机器人。TR 706今年夏天通过了投票，并处于出版的最终阶段。

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