从广义上讲,主要有两类机器人正在进入劳动力市场:传统工业机器人和协作机器人。
前者是诞生于上世纪60年代初的庞然大物,它们以单向的方式与人类进行交互——操作指令输入,机器人跟随指令。相比之下,协作型机器人被设计成与人类在同一空间工作,执行机械任务,并对周围发生的事情做出反应。
一项对OSHA的事故报告的调查显示,自1984年以来,已经发生了38起与机器人相关的事故。在38起事件中,有27起导致工人死亡。根据美国劳工局统计,美国总共有4585名工作人员死于涉及机器人的事故中。
这些事故均涉及到传统工业机器人,其中多数事故发生在维修期间,即工人们不得不进入围栏内进行单元测试和故障查找时。实际上,这些发生在大型机器人制造汽车过程中的悲剧,都是可以避免的。
目前,业内还暂未听说涉及协作机器人的严重伤害事件,可能与协作机器人本身特性有关。与传统工业机器人相比,协作机器人不依赖笼子进行简单隔离这一安全措施,而是使用力反馈和力传感器,以及3D摄像机和激光雷达等来实现与人类的安全互动。同时,协作机器人拥有轻量的机械臂和末端执行器,这样可减少人们在与机器人接触时受到严重伤害的风险。
机器人行业主要涉及的安全规范
在市场上销售的机器人除必须要遵守设计与安全规范外,涉及机器人行业的安全规范还有以下几项:
IECEN 61508 《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》,该标准是工业安全领域的通用标准,既可以用作编写细分领域安全标准的基础,也可以在没有专用安全标准的领域中直接应用。
IEC60204-1 《 机械安全 机器电气设备 第1部分 一般要求》提出了安全停止的三大类别。
IEC61800-5-2,对应国标号为GB/T 12668.5.2 《可调速的电动设备标准.第5-2部分: 功能安全要求》。该标准主要针对安全编码器、安全伺服驱动器(STO、SOS、SLS、SBC、Safety Stop 1/2等功能)、伺服电机等系统提出了功能安全要求。
2011年,国际标准化组织ISO公布了ISO 10218“工业机器人安全要求”。ISO10218-1规定了机器人在设计和制造时应遵循的安全原则;ISO10218-2规定了在机器人的集成应用、安装、功能测试、编程、操作、维护以及维修时,对人身安全的防护原则。
2016年2月,ISO正式出版了“在操作人员与机器人协作工作时,如何确保操作人员安全的技术指南”——ISO/TS15066,是专门针对协作机器人编写的安全规范,同时也是ISO 10218-1和ISO 10218-2关于协作机器人操作内容的补充。同时,ISO/TS 15066也可以作为机器人系统集成商在安装协作型机器人时做“风险评估”的指导性和综合性文件。
ISO15066的出现,为机器人行业解答了以下几个问题,包括如何定义人机协作行为;如何量化机器人可能对人造成的伤害;在以上基础上,对协作机器人的设计有什么要求等。
机器人安全性能整体偏低
产品的总体安全性评价指标包括产品本身的安全等级、环境的限制条件以及人们对安全性的期望水平。同理,机器人自身通过了什么等级的安全认证,使用者是否按照规范操作,人们是否充分认识并接受机器人的危险性,都是评价一个机器人系统是否安全时需要考虑的重要因素。
各大机器人厂商的机器人都配备有各自的安全技术,但其安全功能本身还比较初级,例如将物理的围栏换成了虚拟围栏、检测到有人靠近时自动停止,仍然不算是完整的协作安全技术。
通过ISO/TS 15066认证的成本太高,从市场的逐利性来看不划算,除了欧美等大公司对安全性有硬性要求外,其他机器人企业就并不重视。
国内对机器人的功能性更为注重,而对于机器人的安全性能不太重视,即使机器人具备碰撞检测功能,那也只算锦上添花而已。
机器人的安全性不高还在于“人”的问题,国外的管理者自我保护意识很强,而国内中小型企业的管理者自我保护意识偏弱。
另外,国内做安全事务的人才大部分集中在航天、军事、自动化仪表等行业,而在机器人领域的比较少。
多重因素之下,就导致国内协作机器人在安全性技术上比较缺乏,国内目前尚未有通过安全认证的工业机器人。
“安全”+“智能”=未来机器人
工业4.0的实现,智能化的发展,其*终目的就是要把操作工提升为工程师来管理更多的机器人,以创造更多的产能,而不是简单的用机器人将人员取代。可以预见,人机协作的未来需要机器人自身在智能性和灵活性上有较大发展,主要集中在:
主动的安全探测手段,例如3D视觉,多线激光雷达等,用来代替被动的传感器;
更高级的环境感知与决策算法,可以使用上述传感器来判断复杂环境下的人机关系并做出符合要求的决策。
更灵活的运动控制和关节制造技术,例如阻抗控制与可变刚度关节。
这一系列技术的进步势必会推动机器人安全性能的提升,本质安全将是理想机器人的必备且基础的特征。协作机器人终将变成一个过渡概念,随着技术的发展,未来所有的机器人都应该具备与人类一起安全的协同工作的特性。
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