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协作机器人安全评测方法——功率与力限制

来源:中国软件评测中心  作者:余娴  投稿时间:2022-04-22

随着人工智能、新一代信息技术与机器人的深度融合,机器人智能化程度不断提升,机器人安全生产与应用问题也随之产生。针对协作机器人的安全性要求,本篇将着重介绍在功率与力限制方面,如何实现协作机器人与操作员的安全接触。

一、准静态接触与暂态接触

在功率与力限制协作模式中,机器人系统与操作员在某些情况下可能会产生物理接触,这种接触可能是在预期的使用中机器人与操作员身体部位产生的接触,也可能是未遵循工作程序导致的偶然性接触,甚至可能是失效模式下的异常接触。通常,可将机器人系统与人体部位之间的接触类型归纳为两类:

1)准静态接触:主要指人体某个部位被夹在机器人和工作单元中其他部件之间。此时,机器人系统会向被夹住的人体部位施加一个持续的力,直到危险状态被解除。

2)暂态接触:主要指人体被机器人系统的移动部件撞击,操作员不会被机器人系统夹住或者困住,由此导致一个短暂的实际接触。暂态接触的伤害取决于机器人惯性、人体(部位)的惯性以及二者之间相对运动速度的组合。

二、GB/T36008-2018人体模型

为充分降低协作机器人对操作人员造成伤害的风险,需要评估两种接触情形下,对人体产生的伤害的严重程度。

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。

GB/T 36008-2018的“身体模型”,将人体划分为29个部位,给出了每个人体部位耐受的疼痛阈值,包括:胸部、腹部、手与手指等12个区域和身体部位(包括:胸骨、腹部肌肉、手背等29个部位)。同时,也提供了不同身体部位压力(N/cm²)和力(N)阈值的信息。

以颈部区域为例,在准静态接触时,颈部肌肉和第7颈椎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,最多可以达到准静态接触时所允许最大数值的2倍。基于不同身体部位的阈值信息,可以提前设定好协作机器人功率与力限值,以实现机器人与人协同操作过程中的安全性。

三、协作机器人碰撞力检测

在对协作机器人开展协作安全评估时,碰撞力大小是极为重要的一个衡量指标,需要依靠专业的检测机构基于正确的测试用例并运用专业的检测工具来实现,通过将机器人在准静态、暂态情况下与人接触产生的压力和力的测量结果与标准给出的协作机器人功率与力阈值进行比较,可以判定协作机器人的安全性。赛迪机器人依托国家机器人检测与评定中心检验检测公共服务平台优势及其在机器人领域拥有的多项权威资质,利用KMG500动态力测量仪等测试工具,可对协作机器人在准静态和暂态接触两种工况下所能感知到的碰撞力进行检测,评测机器人的协作安全性。同时,作为中国机器人CR认证服务的权威机构,依据《协作机器人CR认证实施规则》,赛迪机器人可针对各类为协同操作而设计的工业机器人或工业机器人系统提供相关认证服务。

后续,赛迪机器人检测认证中心将持续推进机器人安全相关标准的制定工作,关注机器人产品质量和安全问题,为机器人产业的安全保驾护航。

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