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操纵实验室和部署机器人安全风险评估
如何进行机器人安全风险评估 <unk>ISO 10218,可博特力限制,保护选项和文档要求.
对于在研究实验室和生产环境中部署操纵器的团队进行系统性机器人安全评估的实用指南.
监管框架
了解在设计安全措施之前适用于您的安装的标准节省了大量的改进.
- ISO 10218-1:2011
工业机器人 (机器人本身) 的安全要求.适用于机器人制造商.作为集成商,您必须确保您购买的机器人符合本标准. - ISO 10218-2:2011
工业机器人系统和集成的安全要求.这是集成器的标准 涵盖您的安装,保护和编程.不符合是实验室部署中最常见的缺口. - ISO/TS 15066:2016
协作机器人. 规范了在离人类很近,没有固定的保护的情况下运行的机器人要求. 根据车身区域定义了电力和力限制 (PFL) 接触力门 :手背280N限,上臂110N限.对于操作员在机器人所能达到的任何装置来说都是关键的. - OSHA 1910.212 美国一般机器保护要求.OSHA检查员将引用这个标准,即使符合ISO标准,即使对无人机有过于保护.
风险评估步骤
风险评估是一个结构化的文档过程,而不是单纯的心理检查清单.
- **步骤1
确定所有任务:**列出机器人将执行的每个任务:正常运行,编程,维护,清洁,故障恢复.每个任务都会产生不同的危险. - 步骤2
按任务确定危险: 每项任务,确定所有危险:碰撞,陷,尖端,电气,噪音,热. - 步骤3
估计风险: 对于每个危险,使用3个因素矩阵估计风险:严重程度 (轻伤/严重伤/死亡) × 暴露频率 × 避免危险的可能性.大多数组织使用15的尺度,计算一个风险优先级号码 (RPN = S × F × P). - 步骤4
应采取风险降低措施: 降低任何风险的风险,RPN >12 (在15级别) 或任何风险的重度 =3 (死亡风险) 无论RPN. - **步骤 5
评估残留风险:**检查后重新评估风险.记录残留风险并确认根据组织的标准"可接受".风险从来不是零.
危险类型和限制
- **碰撞危险 (人身附近的同步机器人):**在ISO/TS 15066下,在人与机器人分离距离 <0.5m时,限制机器人TCP速度至 ≤0.25 m/s.在ISO/TS 15066附件A中,速度可增加超过0.5 m.
/ 与人手接触 (ISO/TS 15066表 A.2,手背). 通过危 ( ) 气和电动 ≤140N可以施加远超过ISO/TS 15066门 的力. 限制 紧的闭门力为 紧控制器中的力/电流限制来实现这一点. - **
利边缘危险:**任何具有比R2.5mm 利的机器人工具都需要保护或必须限制协作工作空间. - 电气危险: 按照IEC 60204-1进行机器电气安全检查. 检查机器人的安全评级I/O (应急停止和启动装置) 使用ISO 13849-1的3级或PLd安全功能.
控制措施等级
应始终按照层次顺序进行风险降低.较高层次的措施更可靠,因为它们不依赖于人为遵守:
- 1. 消除: 完全消除危险. 举例:重新设计抓紧器尖端以保持
. 没有残留的尖 危险. 这总是最好. - 2. 防护 (工程控制): 物理障碍物,灯窗
,安全激光扫描仪.这些保护人是被动地而不依赖于他们的行为. - **3.警告 (行政控制):**安全标志,地板标记,书面程序,培训. 只有与更高层次的控制结合时有效,
不能取代防护. - **4.个人保护设备:**安全眼镜,手套,钢脚鞋.最后的手段
个人保护设备失败,当人们忘记或删除它时.
保护选择
| Device | Example Product | Detection Range | Response Time | Approx. Cost |
|---|---|---|---|---|
| Safety laser scanner | Sick S300 Mini | Up to 4m radius, 270° field | <80ms | $2,000–$4,000 |
| Light curtain | Keyence GL-R series | 0.1–9m height, 0.5–6m width | <10ms | $800–$3,000/pair |
| Pressure-sensitive mat | Tapeswitch Corp. Series 300 | 0.5–10 m² coverage | <10ms | $400–$1,500 |
| Safety camera (vision-based) | Pilz SafetyEYE | 3D zone monitoring up to 8m | <40ms | $5,000–$12,000 |
对于大多数操纵实验室,一个Sick S300安全激光扫描仪与地板区标记结合,提供了最好的覆盖,灵活性和成本平衡.S300可以同时定义多个保护场和警告场,使机器人在停止之前放慢 (速度警告场) (保护场).
科博特种要求
作为"协作"的机器人 (Universal Robots UR-系列,Fanuc CR-系列,ABB YuMi) 仍然需要风险评估.
- **电力和扭矩限制 (PFL):**机器人在接触力超过ISO/TS 15066门
时,不断监测动力电流,停止.在每个关节中需要监测力/扭矩.大多数神器人支持本地这种模式. - **速度和分离监测 (SSM):**使用安全级别传感器 (激光扫描仪或摄像头) 来跟踪人类的位置.随着人类的接近,机器人的速度会降低.如果人类进入最小分离距离时,完全停止.
- **手指导:**操作员用手指导装置 (工具中的力传感器) 物理地引导机器人.必须有一个安全级的启动装置 (3位置开关) 以防止意外运动.
文件要求
对于任何商业部署,您必须保持:
- **风险评估报告:**上述五步的完整的书面风险评估.必须由合格的人签署,并随着系统的任何变化保持最新信息.
- CE 合格声明: 对于欧盟销售所需. 证明符合机械指令 2006/42/EC. 要求通知机构对特定高风险类型的机器人进行审查.
- **OSHA 合规性检查清单:**对于美国的装置,请记录符合OSHA 1910.212的防护要求和 ANSI/RIA R15.06机器人安全标准的任何要求.
- 运营商培训记录: 文件证明所有运营商都接受了安全培训,日期和签名. OSHA和ISO 10218-2要求.
实验室实践
- 紧急停车位: 在机器人可以接触的每一个工作站和室内入口安装一个物理电子停车按
. - 清晰区域标记: 使用高可见性磁带 (黄色/黑色图案) 来标记机器人的地面最大射程半径.在协作速度边界 (0.5m距离TCP在最大射程) 上进行二次标记,帮助操作员了解安全接近区域.
- **操作员培训:**所有操作员必须在第一次会议之前完成安全培训.培训必须涵盖:紧急停机地点和使用,在运动期间禁止进入操作区,如果机器人表现出意外,该怎么办.
功能安全:SIL和性能水平
对于生产部署,安全系统必须达到认证可靠性水平.
- IEC 61508 / SIL (安全完整性水平): 定义了安全功能的目标故障概率.SIL 1 要求每小时 <10^-5 危险故障.SIL 2 要求 <10^-6.大多数机器人安全功能 (电子站,速度限制) 要求生产使用 SIL 2.
- **ISO 13849-1 / PL (性能级别):**用于机械应用的SIL的简化替代品.PLd (相当于SIL 2) 是协作应用中的机器人安全功能的典型要求.
- **安全级别的组件:**为了实现PLd,安全链中的所有组件 - - 传感器 (激光扫描仪,光幕),逻辑 (安全PLC或安全继电器) 和动力 (切断电源的连接器) - - - 必须单独进行PLd级别.在链中任何地方使用一个非安全级别的组件将整个链的PL降至该组件的水平.
- **双
道架构:**PLd要求至少3类架构 (两个独立的安全 道,具有跨监控).这意味着两个独立的传感器检测相同的危险,两个独立的电路切断功率,以及逻辑检测 道之间的不一致性.单 道架构可以达到最多的PLc.
紧急停车设计
紧急停车 (e-stop) 是最后的安全屏障.它的设计必须遵循IEC 60204-1类别0 (即时取消电源) 或类别1 (控制停车后取消电源):
- 电子停止按
规格: 黄色背景上的红色头按 ,锁定式 (保持在手动重新设置之前按下),以您的安装的安全PL为定位. - ** 位置规则:** 电子站必须在任何一个人可能站在工作场所的位置内可达3秒内.对于典型的实验室:一个在操作员站,一个在室内入口/出口.生产时:一个在机器人周围每5米.
- ** 电线:** 电路必须是硬线 (不是软件控制的).电路信号直接打开电源切断机器人电机驱动器的接触器.软件电路 (ROS2节点发送停止命令) 是一个额外的便利,但不符合安全标准.
- 重置程序: 电站启动后,需要故意重置序列: (1) 释放电站按
, (2) 验证危险已清除, (3) 按下单独的重置按 ,以重新启动电动功率.重置按 不应安装在电站本身 - 它必须位于操作员可以看到整个工作空间的地方. - **测试:**每次操作班的开始,测试每一个电子停机按
. 记录测试. 未经测试的电子停机是未经测试的安全假设.
操纵实验室的风险评估检查清单
| Item | Status | Notes |
|---|---|---|
| Written risk assessment document completed and signed | Yes / No | |
| E-stop buttons installed at all required locations | Yes / No | |
| E-stop function tested and documented | Yes / No | |
| Floor zone markings installed (reach zone + collaborative zone) | Yes / No | |
| Safety sensor(s) installed and tested (laser scanner / light curtain) | Yes / No | |
| Robot speed limits configured for collaborative operation | Yes / No | |
| 夹爪 force limits configured per ISO/TS 15066 | Yes / No | |
| All operators trained and training records documented | Yes / No | |
| Emergency procedures posted at all workstations | Yes / No | |
| 负载 verified within arm's rated capacity | Yes / No |
相关指南
- [如何设置远程操作实验室]
T1 ) - - 作为实验室建设的一部分的安全设置 - [预防性维护时间表]
T2 ) --维护程序,以保持安全系统完整性 - [仓库部署检查清单]
T3 ) --生产环境安全投入使用 - [运营商招聘和培训]
T4 ) --运营商安全培训要求 - 力/扭矩传感器选择 -- 合作操作的力限制
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