工业机器人的安全标准与发展路线研究

崔朝宇 伍国梁

【摘要】机器人的安全标准是确保工业机器人现有技术在不危害人类和环境的前提下持续推进和应用的重要组成部分。随着人工智能和机器人技术的迅速进步，确保机器人的安全性和可靠性成为科学家、工程师和标准制定者共同关注的焦点。建立严格的安全标准对于智能机器人至关重要，这些标准不仅需专业技术人员参与，也需要政府、学界和产业界的合作，以制定全面有效的规范。

【关键词】工业机器人；安全类标准现状；安全标准发展路线；生产安全

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.05.059

【基金项目】广东产品质量监督检验研究院科技项目（2022GQI17）。

Research on Safety Standard and Development Route of Industrial Robot

CUI Zhaoyu， WU Guoliang

（Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision， Foshan 528300， China）

Abstract： The safety standards for robots are an important component in ensuring the continued advancement and application of existing technologies for industrial robots without endangering humans and the environment. With the rapid advancement of artificial intelligence and robotics technology， ensuring the safety and reliability of robots has become a common focus of scientists， engineers， and standard setters. Establishing strict safety standards for intelligent robots is crucial. These standards not only require the participation of professional technicians， but also the cooperation of government， academic， and industrial communities in order to form comprehensive and effective regulations.

Key words： industrial robots； status of safety standards； safety standard development route； production safety

0引言

隨着人工智能和机器人技术的迅猛发展，确保机器人的安全性和可靠性已经成为科学家、工程师和标准制定者共同关心的焦点。机器人的安全标准和发展路线是保障其技术在不对人类和环境造成伤害的前提下持续演进和应用的至关重要的组成部分。制定和实施严格的安全标准是确保智能机器人的关键，这些标准应该涵盖机器人的设计、制造、测试和使用阶段，以确保机器人在各种情况下都能够正常运行并遵循预定行为。

机器人的安全标准发展路线需要更多的社会相关因素考虑。随着机器人变得越来越智能和自主，其行为和决策可能会对操作者安全与生产安全产生重要影响。因此，我们需要思考机器人在各个领域的应用方式，如医疗保健、交通运输、军事等，以及机器人与人类之间的协作模式。这就需要跨学科的研究和讨论，共同探讨机器人技术和其对未来安全因素可产生的影响。此外，隐私和数据安全也是智能化工业机器人发展中的重要问题[1]。许多机器人需要收集和处理大量的个人数据，以便更好地理解和响应环境。然而，这也带来了隐私泄露和数据滥用的风险。因此，需要建立严格的数据管理和保护机制，确保个人隐私得到充分尊重和保护[2]。

1工业机器人安全标准分类现状

工业机器人的安全标准是确保在工业生产环境中，机器人系统能够在操作过程中保护人类操作员、维护人员和环境免受潜在危险的一系列规范和要求。这些标准通常根据机器人的应用和特性进行分类，并针对不同方面的安全问题制定具体的规定[3]。

1.1机器人操作安全标准

这类标准关注机器人的操作过程，确保机器人在执行任务时不会对操作员和周围环境造成伤害。其中，一些前沿应用已经被逐渐包含在要求中，这类标准主要思路为：1）机器人必须具备碰撞检测和回避功能，能够避免与人类操作员或其他障碍物发生碰撞。2）设计机器人的速度和力度限制，以防止在操作中对人体造成损害。3）需要使用可靠的安全传感器和急停装置，以便在发生紧急情况时立即停止机器人的运动。

此类标准包括：1）ANSI/RIA R15.06为美国机器人工业协会（RIA）发布的关于工业机器人和机器人系统安全的标准。它包括了机器人系统的设计、集成、操作、维护和维修等方面的要求。2）CSA Z434为加拿大标准协会（CSA）发布的机器人安全标准，涵盖了机器人系统的设计、集成、操作和维护。3）JIS B 8433为日本工业标准（JIS）发布的工业机器人安全标准，提供了机器人系统的安全要求和指导。4）NFPA 79为美国国家消防协会（NFPA）发布的关于工业机器人系统电气安全的标准，涵盖了与机器人电气系统相关的要求。5）ISO 10218-1和ISO 10218-2为ISO发布的关于工业机器人安全的标准。主要关注机器人的一般安全要求，人机交互、安全维护也有涉及。6）厂家规范不同机器人制造商可能会发布针对其特定产品的安全规范和建议，以确保机器人在操作过程中的安全性。

1.2机器人交互安全标准

这些标准关注机器人与人类操作员之间的安全交互，确保在共同工作的情况下人类不受伤害。主要具体要求包括：1）机器人必须能够与人类操作员协同工作，并相应地调整自己的运动轨迹和速度。2）设计人机界面，使得操作员能够与机器人进行交互，包括但不限于触摸屏、语音控制等方式。3）实施严格的机器人控制权限，确保只有受过培训和授权的人员才能操作机器人。

此类标准包括：1）ISO 12100为国际标准化组织（ISO）发布的标准，涵盖了机械安全性的一般原则。它包括了关于机器人和操作员安全交互方面的指导，如人机界面、紧急停止系统等。2）ISO/TS 15066为ISO发布的技术规范，涵盖了人机合作中的机器人系统安全。它包括了机器人与人类操作员之间的触觉感知、力矩限制、碰撞检测等方面的要求。3）ISO/ TS 18646为ISO发布的技术规范，涵盖了协作式服务机器人的安全性要求。它包括了机器人与操作员共同工作时的安全性、姿势检测、碰撞防护等方面的内容。4）ISO 13482为ISO发布的标准，专门针对个人护理机器人的安全性要求，包括了与患者或用户的安全交互。5）ASTM F3141美国材料和试验协会（ASTM）发布的标准，涵盖了在医疗领域中机器人与人类的安全交互。6）CSA Z434为加拿大标准协会发布的标准，涵盖了机器人系统的设计、集成、操作和维护，包括了人机交互和安全性方面的要求。

1.3机器人维护和保养安全标准

这些标准关注机器人维护和保养过程中的安全性，以确保维护人员不受伤害。具体要求可能包括：1）机器人必须具备安全的维护模式，使得维护人员可以在机器人处于不活动状态时进行维修工作。2）提供详细的维护指南，包括机器人的拆解、组装、保养步骤，以及相关安全注意事项。3）设计易于访问的维护通道，以便维护人员可以安全地进入机器人工作区域。

此类标准包括：1）EN ISO 10218-1和EN ISO 10218-2为欧洲标准化组织（CEN）发布的与工业机器人安全相关的标准。它们可能包含了机器人维护和保养的安全性方面的指导。2）ISO 14118为ISO发布的标准，关注机械安全中的保护措施。它包括了在机器人维护过程中防止未经授权人员进入危险区域的要求。3）ISO 13850为ISO发布的标准，规定了关于紧急停止设备的要求。在机器人维护中，紧急停止设备的位置和操作方式也是重要的安全考虑。

1.4机器人集成安全标准

这些标准关注机器人系统的整体集成过程，确保在将机器人系统纳入生产线时考虑到安全因素。具体要求可能包括：1）需要进行风险评估，识别潜在的危险和风险，并采取适当的措施进行缓解。2）确保机器人系统与其他自动化设备和生产线无缝集成，以减少操作错误和风险。3）提供详细的培训和指导，确保操作员了解机器人系统的工作原理、操作流程和安全规定。

此类标准包括：1）ISO/TS 15066為ISO发布的技术规范，涵盖了人机合作中的机器人系统安全。它包括了机器人系统集成时的触觉感知、力矩限制、碰撞检测等方面的要求。2）IEC 61508为国际电工委员会（IEC）发布的关于功能安全性的标准，可能在某些情况下适用于机器人系统的集成。3）NFPA 79为美国国家消防协会（NFPA）发布的工业机器人系统电气安全标准，关注机器人系统的电气集成和安全性。4）CSA Z434为加拿大标准协会发布的工业机器人系统标准，可能包含了机器人系统集成的安全要求。

2工业机器人安全标准发展展望

在工业机器人领域，“安全”通常指的是确保机器人在运行、与人类操作员、其他机器人或环境进行交互时，不会对人类或环境造成伤害或危险。安全在工业机器人中至关重要，因为这些机器人通常具有强大的力量、速度和精确性，如果不正确操作或不受控制，可能会对人员和设备造成严重伤害。随着技术的进步，“安全”定义已经被赋予了更强的定义，经过对工业机器人应用案例的分析，如下的领域在工业机器人安全类标准中被给予更多关注。

2.1人身安全

此为“安全”的最基本的定义，工业机器人常常运作在高速、高负荷以及复杂多变的环境中。在这种情况下，机械故障、碰撞、夹伤等意外事故可能对操作人员构成严重威胁，甚至危及生命安全。但通过设置可编程的安全区域和限制机器人的活动范围，可以确保机器人与人员之间的安全距离，减少意外接触的风险。安全防护装置如物理栅栏、光幕和安全传感器，能够建立起一道可靠的防护屏障，限制未经授权人员的进入，并在机器人接近时自动停止机器人的运动。紧急停止按钮也是关键，一旦发生紧急情况，操作人员可以立即切断机器人的动力源，防止事态恶化。对机器人进行全面的风险评估，识别潜在危险并采取相应措施，是确保机械安全的重要一环。培训操作人员了解机器人的安全操作规程和紧急处理程序同样不可或缺，这有助于预防事故并在危急时刻采取正确的行动。

2.2法规合规性

在全球范围内，众多国家和地区纷纷确立了严格的法规和标准，对工业机器人的机械安全要求进行规范。这些法规和标准的制定旨在保障工作环境的安全，防范潜在的事故风险，保护操作人员、设备和环境免受伤害。未能遵守这些法规不仅可能引发法律责任，还可能导致严重的罚款和声誉损失。遵循机械安全标准对企业而言至关重要。遵循安全标准可以显著降低工业机器人运作过程中的风险，减少意外事故的发生，保障操作人员的生命安全和身体健康，还能够提升企业的生产效率和产品质量。合规的机器人系统更容易进行整合和维护，减少了停工时间和维修成本。同时，通过采用最佳实践，企业能够更好地评估和管控潜在风险，优化生产线的整体表现。因此，将机械安全作为企业运营的重要组成部分是至关重要的决策。

2.3生产效率和稳定性

机械故障和意外事故对生产过程可能带来严重影响，不仅可能导致生产线的停产，还会削弱生产效率和稳定性。这种中断可能导致生产计划的延迟、资源的浪费以及成本的增加，对企业的经济利益和声誉造成不可估量的损失。然而，通过采用适当的机械安全措施，这些风险可以得到显著减少。首先，定期的维护和保养可以发现并修复潜在的故障迹象，从而防止其演变成更大的问题。其次，引入先进的传感技术和监控系统，可以实时监测机器运行状态，及时发现异常情况并采取措施。此外，设置安全防护装置如物理栅栏、安全传感器和紧急停止按钮，可以在危险情况下迅速中断机器操作，保护操作人员和设备的安全。

2.4从业者的安全意识

在企业的运营中，安全意识和实践被视为不可或缺的重要组成部分。特别是在机械安全领域，将安全视为头等大事的企业更容易受到客户、员工和合作伙伴的尊重和信任。企业积极采取机械安全措施，不仅是为了符合法规和标准的要求，更是为了确保人员和设备的安全。通过积极采取机械安全措施，企业展示了对员工和合作伙伴的关心，树立了良好的企业形象，从而为未来的发展创造了坚实的基础。因此，将安全置于企业运营的核心地位，是实现长期成功和可持续发展的必要举措。

3结论

通过对工业机器人安全标准分类，将工业机器人安全标准分为按操作安全、交互安全、维护和保养安全、集成安全四类。并预测了工业机器人安全标准的发展方向会集中在人身安全、法规合规性、生产效率和稳定性、从业者的安全意识等诸多方面。智能机器人的安全标准和发展路线是一个错综复杂的议题，涉及技术、伦理、社会等多个层面。只有在全球合作、跨领域交流的基础上，我们才能够确保机器人技术能够持续健康地发展，为人类和环境带来积极的影响。

【参考文献】

[1]忻奕敏，叶琼瑜，任悦.工业机器人信息安全的分析与应对[J].工业信息安全，2023（1）：84-90.

[2]刘权.工业机器人网络安全应重视[J].网络安全和信息化，2017（8）：36-37.

[3]杨书评，刘颖.机器人标准化领域研究进展和趋势[J].科技导报，2015，33（23）：116-119.

【作者简介】

崔朝宇，男，1983年出生，工程师，硕士，研究方向为工业机器人应用。

（编辑：谢飞燕）