合作机器人安全标准解释

为什么安全标准是重要的

没有适当的安全性遵守的情况下运行的协作机器人是法律,财务和物理责任.在欧盟,不符合的机器人不能携带CE标志,不能合法部署.在美国,OSHA对未监督的机器人危险的指引每次故意违规行为,会带来最高156,259美元的罚款. 尽管在研究实验室,大学也需要在学生获得机器人武器之前进行风险评估.

本指南解释了三个核心标准 (ISO 10218-1,ISO 10218-2,ISO/TS 15066),四种协作操作模式,按体区域的特定力和压力限制,风险评估过程以及美国与欧盟的环境中合规性意味着什么.

三大基本标准

标准ISO 10218-1:2011 -- 机器人设计

要求包括:应急停止功能 (按IEC 60204-1类别0或1),保护停止,速度和力监测,单一姿势管理,关节限制和控制系统安全完整性.所有工业和协作机器人必须符合ISO 10218-1.

标准ISO 10218-2:2011 -- 机器人系统集成

涵盖机器人细胞和集成. 要求根据EN ISO 12100进行风险评估,定义保护要求 (围,灯窗,安全,激光扫描仪),指定验证和验证测试,并解决机器人工作空间的布局. 本标准适用于集成器,而不是机器人制造商.

标准标准: 协作运营

协作操作模式定义了四种合作操作模式,并指定了人与机器人接触的量力和压力限制.这是一个技术规范 (TS),而不是一个完整的国际标准,这意味着它是可修改的.然而,它被协作操作制造商和监管机构普遍引用.

四种合作操作模式

1. 监测安全性定位的停车 (SMS)

机器人在人类进入协作工作空间之前停止,直到人类离开之前不会恢复.需要安全级别的传感器 (光幕,激光扫描仪,压力床) 来检测人类存在. 停止必须是ISO 10218-1的安全级别的停止.这是最简单的模式,但不允许同时的人-机器人工作.

2 手指导

操作员通过抓住手指导装置来物理移动机器人.机器人必须有一个安全级监控停止,当操作员释放导装置时会激活 (死人开关).手指导点需要对力/扭矩的感知.这种模式用于教导通过示范编程.

3. 速度和分离监测 (SSM)

机器人根据距离与最接近的人物的距离进行动态调整.需要外部监控系统 (3D深度摄像头,LiDAR,雷达) 连续测量分离距离.最低分离距离是使用ISO 13855公式计算的,这些公式计算着人类接近速度 (1.6m/s),机器人停止时间和传感器响应时间. 这种模式是最复杂的,

4. 电力和力限制 (PFL)

机器人本身的力量和压力是有限的.这是大多数科博特 (UR,FANUC CRX,Doosan) 的默认模式.ISO/TS 15066规定了不同体部区域的最大力量和压力值.

强度和压力限制标准 ISO/TS 15066

这些限制定义了机器人与人体部位之间过渡 (冲击) 和近静态 (紧缩) 接触的最大允许力和压力:

Body Region	Max Transient Force (N)	Max Quasi-Static Force (N)	Max Quasi-Static Pressure (N/cm2)
Skull / Forehead	130	65	30
Face	65	45	20
Neck (sides)	150	75	25
Upper arm / Elbow	210	110	30
Forearm	190	100	40
Hand / Fingers	150	75	40
Chest	140	70	25
Lower legs / Knees	220	130	50

关键区别: 暂时接触是短暂的冲击 (机器人在500ms内击中和反弹). 半静态接触是紧 (机器人向固定表面). 半静态界限大约是暂时界限的一半,因为人类无法逃脱.

风险评估方法 (EN ISO 12100)

每个部署的可博都需要记录的风险评估.

1. 定义范围: 确定机器人,应用程序,工作空间的边界以及预期的人类互动.
2. **确定危险:**机械 (压碎,切割,撞击),电气,热,噪音. 对于每个危险,确定危险情况 (人类何时/如何暴露).
3. **估计风险:**对于每个危险:危害严重程度 (S1-S4) x暴露频率 (F1-F2) x避免的可能性 (P1-P2).使用ISO 13849-1风险图或EN 62061 SIL分配.
4. 降低风险: 层次: (a) 固有的安全设计 (低质量,速度,力), (b) 防护和保护装置, (c) 使用信息 (训练,标志,PPE).
5. ** 文件和验证:** 制订风险评估报告. 测试安全系统与记录的风险情景. 重新评估应用程序,工具或工作场所发生变化时.

安全系统的组件

• 安全级激光扫描仪: SICK microScan3 ($2,000-$4,000).定义可配置的安全区.当人类进入警告区时,机器人放缓;进入保护区时,机器人停止.
• 安全灯窗: Keyence SL-V ($1,500-$3,000). 检测穿过光束阵列的物体. 用于细胞边界的入口/出口检测.
• 安全级别的力/扭矩传感器: 构建成尸 (UR,FANUC CRX) 或外部 (ATI Gamma-SI,8K-$15K).必须安全级别 (SIL 2或PLd最低).
• **安全PLC:**西门子SIMATIC安全 ($500-$2,000),艾伦-布拉德利保卫Logix. 需要用于SMS和SSM模式来处理安全输入并生成安全评级输出.
• 紧急停机按: 必须是红色的头,每IEC 60204-1级别0或1个停机.

CE标记和OSHA要求

欧盟:CE标记

在欧盟销售的机器人必须具有CE标志,证明符合机械指令 2006/42/EC.对于机器人,这意味着符合ISO 10218-1/-2和ISO/TS 15066的标准.制造商提供了合规性声明.集成器人负责对整个装置的CE标志 (机器人+工具+保障措施).

美国:OSHA和ANSI/RIA 15.06

美国不需要CE标记,但OSHA根据"一般职责条款" (第5条) 和"安斯·里亚15.06-2012" (美国采用ISO 10218-2) 强制执行工作场所安全.OSHA认为安斯·里亚15.06是公认的标准 - 合规性提供了强大的法律防御.对于同步机器人,请参见ANSI/RIA TR R15.606-2016 (美国采用ISO/TS 15066).

**实际含义:**如果您部署一个在美国工作场所的科博,则必须根据ANSI/RIA 15.06进行风险评估,并证明机器人的力/速度限制符合TR R15.606.RCSV可以作为我们 [部署服务]的一部分协助评估风险.

为什么安全标准是重要的

没有适当的安全性遵守的情况下运行的协作机器人是法律,财务和物理责任.在欧盟,不符合的机器人不能携带CE标志,不能合法部署.在美国,OSHA对未监督的机器人危险的指引每次故意违规行为,会带来最高156,259美元的罚款. 尽管在研究实验室,大学也需要在学生获得机器人武器之前进行风险评估.

本指南解释了三个核心标准 (ISO 10218-1,ISO 10218-2,ISO/TS 15066),四种协作操作模式,按体区域的特定力和压力限制,风险评估过程以及美国与欧盟的环境中合规性意味着什么.

三大基本标准

标准ISO 10218-1:2011 -- 机器人设计

要求包括:应急停止功能 (按IEC 60204-1类别0或1),保护停止,速度和力监测,单一姿势管理,关节限制和控制系统安全完整性.所有工业和协作机器人必须符合ISO 10218-1.

标准ISO 10218-2:2011 -- 机器人系统集成

涵盖机器人细胞和集成. 要求根据EN ISO 12100进行风险评估,定义保护要求 (围,灯窗,安全,激光扫描仪),指定验证和验证测试,并解决机器人工作空间的布局. 本标准适用于集成器,而不是机器人制造商.

标准标准: 协作运营

协作操作模式定义了四种合作操作模式,并指定了人与机器人接触的量力和压力限制.这是一个技术规范 (TS),而不是一个完整的国际标准,这意味着它是可修改的.然而,它被协作操作制造商和监管机构普遍引用.

四种合作操作模式

1. 监测安全性定位的停车 (SMS)

机器人在人类进入协作工作空间之前停止,直到人类离开之前不会恢复.需要安全级别的传感器 (光幕,激光扫描仪,压力床) 来检测人类存在. 停止必须是ISO 10218-1的安全级别的停止.这是最简单的模式,但不允许同时的人-机器人工作.

2 手指导

操作员通过抓住手指导装置来物理移动机器人.机器人必须有一个安全级监控停止,当操作员释放导装置时会激活 (死人开关).手指导点需要对力/扭矩的感知.这种模式用于教导通过示范编程.

3. 速度和分离监测 (SSM)

机器人根据距离与最接近的人物的距离进行动态调整.需要外部监控系统 (3D深度摄像头,LiDAR,雷达) 连续测量分离距离.最低分离距离是使用ISO 13855公式计算的,这些公式计算着人类接近速度 (1.6m/s),机器人停止时间和传感器响应时间. 这种模式是最复杂的,

4. 电力和力限制 (PFL)

机器人本身的力量和压力是有限的.这是大多数科博特 (UR,FANUC CRX,Doosan) 的默认模式.ISO/TS 15066规定了不同体部区域的最大力量和压力值.

强度和压力限制标准 ISO/TS 15066

这些限制定义了机器人与人体部位之间过渡 (冲击) 和近静态 (紧缩) 接触的最大允许力和压力:

Body Region	Max Transient Force (N)	Max Quasi-Static Force (N)	Max Quasi-Static Pressure (N/cm2)
Skull / Forehead	130	65	30
Face	65	45	20
Neck (sides)	150	75	25
Upper arm / Elbow	210	110	30
Forearm	190	100	40
Hand / Fingers	150	75	40
Chest	140	70	25
Lower legs / Knees	220	130	50

关键区别: 暂时接触是短暂的冲击 (机器人在500ms内击中和反弹). 半静态接触是紧 (机器人向固定表面). 半静态界限大约是暂时界限的一半,因为人类无法逃脱.

风险评估方法 (EN ISO 12100)

每个部署的可博都需要记录的风险评估.

1. 定义范围: 确定机器人,应用程序,工作空间的边界以及预期的人类互动.
2. **确定危险:**机械 (压碎,切割,撞击),电气,热,噪音. 对于每个危险,确定危险情况 (人类何时/如何暴露).
3. **估计风险:**对于每个危险:危害严重程度 (S1-S4) x暴露频率 (F1-F2) x避免的可能性 (P1-P2).使用ISO 13849-1风险图或EN 62061 SIL分配.
4. 降低风险: 层次: (a) 固有的安全设计 (低质量,速度,力), (b) 防护和保护装置, (c) 使用信息 (训练,标志,PPE).
5. ** 文件和验证:** 制订风险评估报告. 测试安全系统与记录的风险情景. 重新评估应用程序,工具或工作场所发生变化时.

安全系统的组件

• 安全级激光扫描仪: SICK microScan3 ($2,000-$4,000).定义可配置的安全区.当人类进入警告区时,机器人放缓;进入保护区时,机器人停止.
• 安全灯窗: Keyence SL-V ($1,500-$3,000). 检测穿过光束阵列的物体. 用于细胞边界的入口/出口检测.
• 安全级别的力/扭矩传感器: 构建成尸 (UR,FANUC CRX) 或外部 (ATI Gamma-SI,8K-$15K).必须安全级别 (SIL 2或PLd最低).
• **安全PLC:**西门子SIMATIC安全 ($500-$2,000),艾伦-布拉德利保卫Logix. 需要用于SMS和SSM模式来处理安全输入并生成安全评级输出.
• 紧急停机按: 必须是红色的头,每IEC 60204-1级别0或1个停机.

CE标记和OSHA要求

欧盟:CE标记

在欧盟销售的机器人必须具有CE标志,证明符合机械指令 2006/42/EC.对于机器人,这意味着符合ISO 10218-1/-2和ISO/TS 15066的标准.制造商提供了合规性声明.集成器人负责对整个装置的CE标志 (机器人+工具+保障措施).

美国:OSHA和ANSI/RIA 15.06

美国不需要CE标记,但OSHA根据"一般职责条款" (第5条) 和"安斯·里亚15.06-2012" (美国采用ISO 10218-2) 强制执行工作场所安全.OSHA认为安斯·里亚15.06是公认的标准 - 合规性提供了强大的法律防御.对于同步机器人,请参见ANSI/RIA TR R15.606-2016 (美国采用ISO/TS 15066).

实用意义: 如果您在美国工作场所部署了科博,则必须根据ANSI/RIA 15.06进行风险评估,并证明机器人的力/速度限制符合TR R15.606.RCSV可以作为我们 [部署服务]的一部分协助评估风险.