自動導引車（AGV）的安全檢測、評價與認證研究

趙新華

[摘? ? 要]本文分析了自動導引車（AGV）安全檢測、評價和認證需要遵循的法規和標準，按照危險性分析和風險評估的方法，提出了適用AGV的評價要求和檢測項目。根據實際實踐評價和檢測結果，總結了現階段我國AGV產品存在的安全問題和不足及與國際頂級產品的差距，特別是如何滿足安全法規和標準的要求，具有很好借鑒作用。同時這套安全檢測和評價方法，可以在當前沒有專用標準的情況下，被檢測實驗室和認證機構作為AGV型式實驗和產品認證的依據。

[關鍵詞]自動導引車;檢測;認證

[中圖分類號]TP242 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）10–0–04

Research on Safety Inspection，Evaluation and Certification of AGV

Zhao Xin-hua

[Abstract]With the development of intelligent manufacturing and logistics automation， AGV has been widely used in China in recent years. It is easy to use and intelligent， greatly improves the labor intensity and work efficiency， and is widely praised. However， with the popularization and application of AGV， especially in the unrestricted area， the safety accidents caused by AGV occur from time to time. How to assess and evaluate the safety of AGV？ Especially when there is no special safety evaluation standard for AGV both at home and abroad， it is urgent to find a correct method to evaluate AGV and test items. This paper analyzes the laws and standards to be followed in the safety inspection， evaluation and certification of automatic guided vehicle （AGV）. According to the methods of hazard analysis and risk assessment， the evaluation requirements and test items applicable to AGV are put forward. According to the practical evaluation and test results， this paper summarizes the safety problems and deficiencies of AGV products in China and the gap with international top products， especially how to meet the requirements of safety regulations and standards. At the same time， the safety testing and evaluation method can be used as the basis of AGV type test and product certification without special standards.

[Keywords]AGV; detection; certification

自動導引車（Automated Guided Vehicle以下簡稱AGV）是機器人范疇內的一個分支，它最早在國外被開發和應用，但是近年來卻在中國開花結果。隨著中國經濟的突飛猛進，特別是中國制造2025戰略的實施，以及電子商務的普及，AGV在中國的生產、使用穩居世界首位。其使用領域從醫院的藥品分發、電商的貨物配送、汽車的自動泊位到港口集裝箱的裝運，覆蓋了眾多行業。

AGV可以簡單的理解為一個電腦控制的搬運車，如圖1所示。其在固定的場地內工作，和場地的基礎設施（供電充電系統、控制系統、數據交換傳輸系統、導引系統和無線網絡等）構成自動導引車系統。

AGV可以工作在封閉的場地內和非封閉場地內，特別是在非封閉場地內，面對工作和輔助人員，其安全性尤為被大家所關注。AGV遇到人員是否能停車？AGV搬運物品時是否會傾倒？充電系統是否會著火？等諸多安全問題。

1 AGV需要滿足的法規和標準

1.1 中國適用的法規和標準

AGV應當符合《中華人民共和國產品質量法》和相應的國家和行業標準，目前頒布的自動導引車國家標準為GB/T 20721—2006《自動導引車通用技術條件》、GB/30030—2013《自動導引車（AGV）術語》、GB/T30029—2013《自動導引車（AGV）設計通則》等標準。這些標準不涉及對安全性的規定和考核，主要規定了AGV的外觀與結構、功能參數、性能指標和測試方法。

雖然中國機器人認證聯盟已將AGV納入了中國機器人認證（CR認證）范圍內，但是由于沒有確定的技術標準，也難以全面開展AGV的安全認證工作。

1.2 歐美適用的法規和標準

在美國AGV需要滿足美國國家電氣法規（NEC）的要求，但是并沒有專用的標準。美國對AGV的考核是參照國際通用的ISO12100-1基于風險分析和減少危險進行的[1]。

在歐洲AGV是納入機器指令2006/42/EC管控的，但是同樣沒有相應的歐洲協調標準（EN標準）做支撐。德國工程師協會（VDI）的指導文件VDI 2510：2013-12 第二部分[2]提到，AGV的考核推薦參照EN1525：1997。

1.3 可行的安全考核評價標準

近年來，國際產品認證體系把危險分析引入認證流程，這個主導思想來源于標準ISO12100。該標準在機械安全設計通則中規定了與機器設計和制造有關的基本健康與安全的要求，闡述了安全一體化設計原則：即選取適當的解決方法保證安全，應遵循以下原則和順序。

（1）首先從設計和制造上保證安全。

（2）若無法從設計和制造上保證安全，應采取必要的防護措施。

（3）對防護措施不能夠完全發揮作用的殘余危險，應作出相應的提示和警告措施。

設計和制造的AGV在出廠前需要進行危險分析和評定，只有當所有危險落入可接受范圍內，AGV才可以出廠和交付客戶使用。可接受的危險是指，AGV對人和環境的傷害達到一個較小的可接受的程度。如果通過危險性分析，AGV仍然有不可接受的風險，需要對AGV進行設計修改和優化。

AGV的風險分析通常考慮如下方面。

（1）AGV的正常操作，包括：工作、示教、維護、設置和清潔等。

（2）意外啟動時。

（3）人員進入AGV的工作區域。

（4）合理的可預見的錯誤使用和不當操作。

（5）控制系統故障導致的結果。

（6）特定AGV應用的危險場景（如爆炸場所、水下等）。

目前可識別的危險有10個來源，但不限于這些。機械危險、電氣危險、熱危險、噪聲危險、振動危險、輻射危險、材料和物質危險、人體工學危險、AGV使用環境中的危險和組合危險等[3]。

ISO12100的另外一個貢獻是風險分析方法：首先確定AGV的使用場合、操作人員、工作任務、工作環境、工作時間和工作強度等，然后按照這些特定條件進行分析，AGV處在的風險等級。最后給出判定結論，這些風險是否可以接受。

盡管德國工程師協會推薦用EN1525 考核AGV，但是EN1525對AGV 的電氣部分考核并不全面[4]，特別是目前絕大多數AGV都是電池驅動的，增加EN1175-1的要求[5]，將會使考核和評價變得更加完善。

2 AGV主要評價和檢測項目

上節所述，對AGV比較全面的考核替代標準是ISO12100、EN1525和EN1175-1，下邊介紹一下主要的評價要求和檢測項目。

2.1 制動系統 （EN 1525 5.2 & EN 1175-1 5.6）

AGV應安裝機械/機電制動系統，制動系統其在下述情況下應動作。

（1）在電源中斷、故障時。

（2）失去速度控制或失去轉向控制。

（3）在人員處于檢測裝置的檢測范圍內，停止AGV（考慮負載、速度、摩擦、坡度和磨損的情況）。

保證AGV在最大負載時，能靜止在制造商規定的最大允許的工作坡度上。此外，當車輛處于手動模式時，制動器應符合ISO 6292的要求。

2.2 穩定性（EN 15255.6，5.8）

（1）負載搬運。承載負載搬運的裝置應設計成在任何操作模式下，包括緊急停止和裝卸，負載不能從制造商確定的位置移動。

（2）在負載搬運、行駛過程和其他可預見的操作（包括緊急停止）中，應確保AGV的穩定性。

驗證：

——如果提升高度超過1.8m，應通過試驗驗證。

——如果提升高度不超過1.8m，可以通過計算驗證。

（3）安全控制系統設計架構

如果用于負載搬運，速度控制和轉向控制的控制系統出現故障，可能導致穩定性喪失，那這些控制系統的安全電路設計架構應符合EN 13849-1 cat.2（圖2），否者 cat.1即可（圖3）[6]。

2.3 充電系統（EN 1525 5.5 & EN 1175-1 5.1，5.2）

充電系統應設計的防止意外接觸帶電連接端子，且只有AGV連接到充電系統時，才能啟動充電;當AGV從充電系統離開時，應關閉充電;充電系統安全控制部分電路架構，應符合EN 13849-1 Cat.1。

（1）充電電池。 鉛酸和堿性（鎳鎘或鎳鐵）型電池，需要滿足EN 1175-1 5.1。

對于其他類型的電池，可能需要下列特殊要求：

①IEC 60086-4：2014原電池，第4部分：鋰電池的安全性。

②IEC 61982-4：2015電動道路車輛驅動用蓄電池（鋰電池除外），鎳氫電池組和模塊的安全要求。

（2）充電連接器應符合EN 1175-1附錄A 要求。

2.4 人員檢測裝置（EN 1525 5.9.5）

AGV應安裝用于檢測在其行進路徑中人員的裝置，包括主行駛方向和轉彎側面保護。如圖4所示。

（1）人員檢測裝置應滿足以下要求。

①每個行駛任意方向上，應至少能檢測到覆蓋AGV或其搭載貨物的整體寬度。

②它應產生一個信號，在AGV的剛性部件和/或貨物與人接觸之前，使AGV能夠被制動系統停止（規定的地面條件）。

③它應盡可能近的靠近人員站立地面，至少可以檢測以下試件：直徑200 mm，長度600 mm，與AGV路徑成直角，且位于行駛路徑上任何位置。如圖5所示。

當檢測裝置不能檢測AGV或者貨物的整個寬度時：

如果被困人員無法逃脫，則AGV最大速度限制在0.3m/s以內，并提供一種可以停止AGV的裝置，位于600mm以內;人員檢測裝置的安全控制系統電路架構應符合EN 13849-1 Cat.2。

（2）用于人員檢測裝置（無物理接觸）的試驗件的反射特性，應代表人的衣服。

（3）AGV裝備用于檢測其行進路徑中的人員的裝置，應滿足以下測試要求。

①觸發型人員檢測裝置（如緩沖器），應不會對人員造成傷害。

②直徑200 mm，長度600 mm：該試件的觸發力不得超過750 N。

③直徑70mm，高度400mm：該試件的觸發力不得超過250 N。

④當緩沖器被從最大速度和負載下，壓縮到停止位置時的力不得超過400N。

（4）安全控制系統電路架構。

①主行駛方向：人員檢測裝置的安全控制系統電路架構應符合EN 13849-1 Cat.3。

②轉彎側面保護： 安全控制系統電路架構應符合EN 13849-1 Cat.2。

（5）自動重新啟動：當人員從AGV的路徑中移出時，在發生適當警告后，至少延遲2s后，AGV才可自動重新啟動。

（6）不提供人員檢測裝置或其不工作：當AGV處于手動模式或者位于限制區域時。

2.5 緊急停止和斷電裝置（EN 1525 5.9.4 & EN 1175-1 5.13）

緊急停止和斷電裝置應易于從AGV的兩端和兩側看到，可識別和接近。在AGV在端部承載負載的情況下，需要從另一端接近緊急停止和斷電裝置。緊急停止和斷電裝置數量，取決于車輛大小和類型。顏色為黃底紅色按鈕。

緊急停止和斷電裝置的控制應符合EN418中0類（斷電）停止，應切斷所有運動部件的危險電源。安全控制系統電路的架構應符合EN 13849-1 Cat.3。如圖6所示：

緊急停止和斷電裝置符合標準IEC60947-5-1。

2.6 關鍵零部件要求

關鍵零部件應當滿足預期用途，符合相應IEC標準，在正常使用下不會產生過熱、漏電、著火、爆炸等危險狀況。例如，電機符合IEC60034，急停開關符合IEC60947-5-1的要求等。

2.7 工頻耐壓測試（EN1175-1，5.14）

AGV應能承受1min的工頻耐壓實驗，耐受電壓值和AGV的名義工作電壓關系如下：

耐壓實驗時，如果壓敏元件對實驗結果有影響，應先斷開該元件。如果耐壓實驗會使半導體元器件和集成電路產生損壞，應提前斷開這部分元器件。

3 國產AGV普遍存在的問題

在對國內12廠家的15個型號的AGV進行了評估和檢測，代表性的問題如下。

（1）基本的人員探測能力不夠。 一般要求AGV應有足夠的探測能力，當探測到前方有障礙物時，AGV應減速和停車。如果一種檢測裝置不能達到上述要求時，需要有附加手段。

（2）AGV安裝的激光雷達存在探測盲區或死角。由于激光雷達的安裝位置不恰當，產生了探測盲區或死角。一旦人員進入探測盲區或死角，非常容易受到傷害。

（3）使用單一方向探測雷達，無法探測反方向運動時的障礙物。

（4）急停開關位置設置不合理。急停開關的位置設置，使得處于危險狀態的人員不宜觸及急停開關，不能及時停止AGV的運動。另外急停開關的按鈕和背景顏色，不是標準規定的紅黃顏色。

（5）AGV缺少工作狀態指示或者狀態指示燈顏色不正確。通常指示燈顏色表示，綠色：正常工作狀態;黃色：非正常工作狀態;紅色：危險或者緊急狀態。

（6）安全控制回路和功能控制回路混為一談。AGV的安全控制回路的可靠性要求很高，有相應的控制等級要求，需要滿足性能等級PL或者SIL等級。一些AGV把位置探測回路和安全控制回路混淆一起，使用簡單的PLC或者單片機完成這兩個功能。一旦PLC/單片機出現故障，安全控制無從談起。

（7）AGV的充電過程存在危險。AGV在充電狀態時，帶電連接器沒有很好的防護，危險帶電體裸露，存在觸電危險。部分產品的電氣連接接觸不可靠，存在過熱危險。

（8）和人體的接觸力過大。通過模擬人體部位測試，AGV和人體部位接觸力超過標準要求。

（9）蓄電池存在機械壓力。正常工作時，AGV的蓄電池存在承受蓄電池盒體的機械壓力，這樣可能會帶來危險。

（10）機械穩定性。重心偏高，穩定性不合格。

（11）文件資料欠缺或內容不全。必要的文件資料，如說明書、銘牌、標識欠缺或內容不全。

4 結論

綜上討論，按照風險性分析和風險評估的方法，提出上述適用AGV的評價方法、替代標準和檢測項目，在實際應用中是可行的。根據實際評價和檢測結果，初步體現了現階段我國AGV產品存在的問題和不足。從而認識到國產AGV和國際主流產品的差距，對如何滿足安全法規和標準的要求具有很好借鑒意義。

對于AGV的設計生產廠家，在設計之初，需要將風險分析納入產品的設計流程體系。同時理解產品標準的要求，避免由于設計完成后才發現，產品不符合標準，減少對人力物力的浪費。

同時這套安全檢測和評價方法，可以在當前標準不完善的情況下，被認證檢測實驗室和認證機構作為AGV型式實驗和產品認證的依據。

參考文獻

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[2] 李海波.集裝箱自動導引車系統的應用及技術特性分析[J].港口裝卸，2010（3）：15-18.

[3] 李存昌，李郝林，黎永明.自動導引車（AGV）的整體設計及動態實時調度[J].組合機床與自動化加工技術，1996（5）：32-36.

[4] 關宏，張智勇，張勇，等.自動導引車系統的結構及組成[J].物流技術與應用，2004（10）：80-84.

[5] 李海波，馬文杰，任良成.應用自動導引車的港口物流系統的分析與比較[J].水運科學研究，2010，23（2）：23-27.