分析ISO/TS 15066对协作机器人应用的安全要求

2021-04-19 16:04

近些年来，协作机器人凭借安全协作，简单易用，在市场上大受欢迎，人机协作应用的安全性也备受人们关注。

然而，在很长的一段时间里，机器人的相关标准里对于机器人与人之间如何安全交互并没有明确的表述，导致很多用户对协作机器人安全的定义仍然停留在非常简单的认知，认为协作机器人撞到人能停下来就是安全的。直到2016年，ISO／TS 15066标准的推出，机器人行业才第一次有了自己的“碰撞标准”。它的核心理念是：机器人与人发生碰撞时，保证人体产生的疼痛感低于能够承受的疼痛阈值。

HRC的四种人机协作方式

ISO／TS 15066中的定义了人机协作的四种方式，分别是：

●安全监控静止

●手持式引导

●速度和距离监控

●功率和力的限制

针对第四种方式——功率和力的限制，对于具备这一特性的协作机器人来讲，究竟把功率和力的大小限制到何等程度才算是安全呢？

ISO／TS 15066里的“身体模型”

人体各部位所能承受的疼痛阈值是不同的，需要分区域对待，所以首先需要建立一个身体模型。ISO／TS 15066里用到的身体模型比较简单，把人体划分为29个部位：

以脖子为例，在准静态接触时，脖骨和脖肌所能允许的最大压强分别为140N／cm2和210N／cm2，最大压力为150N；而在瞬态接触时，最多可以达到以上数值的2倍。

准静态接触VS瞬时接触

准静态接触：在操作员及机器人系统之间的接触，操作员的身体部位可在机器人系统移动部件及另一个机器人单元的固定或移动部件之间被夹住。

瞬时接触：在操作员及机器人系统之间的接触，操作员的身体部位不会被夹住，并可从机器人系统移动部分退回或缩回。

ISO／TS 15066中对于人与协作机器人发生碰撞时的力与压强做出了详细定义，为验证协作机器人在应用中是否真正安全提供了量化的标准。那么在人机协作的实际应用中，我们可以尝试“人机协作应用的碰撞测试”。一般消费者在购买新车评估其安全性时，除了参考汽车厂家宣传的参数配置外，第三方独立检测机构的碰撞测试结果，也越来越受到重视。碰撞测试可以模拟出司机及乘客在汽车发生不同碰撞时受到的伤害程度。相比官方的汽车配置数据，第三方的碰撞测试报告结果往往更具说服力，也更容易获得消费者的认可。

“人机协作应用的碰撞测试”是专门针对人机协作的碰撞测试，通过专业的碰撞测试设备，对人机协作应用时的碰撞极限值进行验证，并记录会导致发生潜在碰撞的力和压强。

对于人机协作的应用，安全性是必须关注的重点。