工業(yè)機器人的安全標準與發(fā)展路線研究

崔朝宇 伍國梁

【摘要】機器人的安全標準是確保工業(yè)機器人現(xiàn)有技術(shù)在不危害人類和環(huán)境的前提下持續(xù)推進和應用的重要組成部分。隨著人工智能和機器人技術(shù)的迅速進步，確保機器人的安全性和可靠性成為科學家、工程師和標準制定者共同關(guān)注的焦點。建立嚴格的安全標準對于智能機器人至關(guān)重要，這些標準不僅需專業(yè)技術(shù)人員參與，也需要政府、學界和產(chǎn)業(yè)界的合作，以制定全面有效的規(guī)范。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機器人；安全類標準現(xiàn)狀；安全標準發(fā)展路線；生產(chǎn)安全

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

【基金項目】廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院科技項目（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

隨著人工智能和機器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，確保機器人的安全性和可靠性已經(jīng)成為科學家、工程師和標準制定者共同關(guān)心的焦點。機器人的安全標準和發(fā)展路線是保障其技術(shù)在不對人類和環(huán)境造成傷害的前提下持續(xù)演進和應用的至關(guān)重要的組成部分。制定和實施嚴格的安全標準是確保智能機器人的關(guān)鍵，這些標準應該涵蓋機器人的設計、制造、測試和使用階段，以確保機器人在各種情況下都能夠正常運行并遵循預定行為。

機器人的安全標準發(fā)展路線需要更多的社會相關(guān)因素考慮。隨著機器人變得越來越智能和自主，其行為和決策可能會對操作者安全與生產(chǎn)安全產(chǎn)生重要影響。因此，我們需要思考機器人在各個領(lǐng)域的應用方式，如醫(yī)療保健、交通運輸、軍事等，以及機器人與人類之間的協(xié)作模式。這就需要跨學科的研究和討論，共同探討機器人技術(shù)和其對未來安全因素可產(chǎn)生的影響。此外，隱私和數(shù)據(jù)安全也是智能化工業(yè)機器人發(fā)展中的重要問題[1]。許多機器人需要收集和處理大量的個人數(shù)據(jù)，以便更好地理解和響應環(huán)境。然而，這也帶來了隱私泄露和數(shù)據(jù)濫用的風險。因此，需要建立嚴格的數(shù)據(jù)管理和保護機制，確保個人隱私得到充分尊重和保護[2]。

1工業(yè)機器人安全標準分類現(xiàn)狀

工業(yè)機器人的安全標準是確保在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，機器人系統(tǒng)能夠在操作過程中保護人類操作員、維護人員和環(huán)境免受潛在危險的一系列規(guī)范和要求。這些標準通常根據(jù)機器人的應用和特性進行分類，并針對不同方面的安全問題制定具體的規(guī)定[3]。

1.1機器人操作安全標準

這類標準關(guān)注機器人的操作過程，確保機器人在執(zhí)行任務時不會對操作員和周圍環(huán)境造成傷害。其中，一些前沿應用已經(jīng)被逐漸包含在要求中，這類標準主要思路為：1）機器人必須具備碰撞檢測和回避功能，能夠避免與人類操作員或其他障礙物發(fā)生碰撞。2）設計機器人的速度和力度限制，以防止在操作中對人體造成損害。3）需要使用可靠的安全傳感器和急停裝置，以便在發(fā)生緊急情況時立即停止機器人的運動。

此類標準包括：1）ANSI/RIA R15.06為美國機器人工業(yè)協(xié)會（RIA）發(fā)布的關(guān)于工業(yè)機器人和機器人系統(tǒng)安全的標準。它包括了機器人系統(tǒng)的設計、集成、操作、維護和維修等方面的要求。2）CSA Z434為加拿大標準協(xié)會（CSA）發(fā)布的機器人安全標準，涵蓋了機器人系統(tǒng)的設計、集成、操作和維護。3）JIS B 8433為日本工業(yè)標準（JIS）發(fā)布的工業(yè)機器人安全標準，提供了機器人系統(tǒng)的安全要求和指導。4）NFPA 79為美國國家消防協(xié)會（NFPA）發(fā)布的關(guān)于工業(yè)機器人系統(tǒng)電氣安全的標準，涵蓋了與機器人電氣系統(tǒng)相關(guān)的要求。5）ISO 10218-1和ISO 10218-2為ISO發(fā)布的關(guān)于工業(yè)機器人安全的標準。主要關(guān)注機器人的一般安全要求，人機交互、安全維護也有涉及。6）廠家規(guī)范不同機器人制造商可能會發(fā)布針對其特定產(chǎn)品的安全規(guī)范和建議，以確保機器人在操作過程中的安全性。

1.2機器人交互安全標準

這些標準關(guān)注機器人與人類操作員之間的安全交互，確保在共同工作的情況下人類不受傷害。主要具體要求包括：1）機器人必須能夠與人類操作員協(xié)同工作，并相應地調(diào)整自己的運動軌跡和速度。2）設計人機界面，使得操作員能夠與機器人進行交互，包括但不限于觸摸屏、語音控制等方式。3）實施嚴格的機器人控制權(quán)限，確保只有受過培訓和授權(quán)的人員才能操作機器人。

此類標準包括：1）ISO 12100為國際標準化組織（ISO）發(fā)布的標準，涵蓋了機械安全性的一般原則。它包括了關(guān)于機器人和操作員安全交互方面的指導，如人機界面、緊急停止系統(tǒng)等。2）ISO/TS 15066為ISO發(fā)布的技術(shù)規(guī)范，涵蓋了人機合作中的機器人系統(tǒng)安全。它包括了機器人與人類操作員之間的觸覺感知、力矩限制、碰撞檢測等方面的要求。3）ISO/ TS 18646為ISO發(fā)布的技術(shù)規(guī)范，涵蓋了協(xié)作式服務機器人的安全性要求。它包括了機器人與操作員共同工作時的安全性、姿勢檢測、碰撞防護等方面的內(nèi)容。4）ISO 13482為ISO發(fā)布的標準，專門針對個人護理機器人的安全性要求，包括了與患者或用戶的安全交互。5）ASTM F3141美國材料和試驗協(xié)會（ASTM）發(fā)布的標準，涵蓋了在醫(yī)療領(lǐng)域中機器人與人類的安全交互。6）CSA Z434為加拿大標準協(xié)會發(fā)布的標準，涵蓋了機器人系統(tǒng)的設計、集成、操作和維護，包括了人機交互和安全性方面的要求。

1.3機器人維護和保養(yǎng)安全標準

這些標準關(guān)注機器人維護和保養(yǎng)過程中的安全性，以確保維護人員不受傷害。具體要求可能包括：1）機器人必須具備安全的維護模式，使得維護人員可以在機器人處于不活動狀態(tài)時進行維修工作。2）提供詳細的維護指南，包括機器人的拆解、組裝、保養(yǎng)步驟，以及相關(guān)安全注意事項。3）設計易于訪問的維護通道，以便維護人員可以安全地進入機器人工作區(qū)域。

此類標準包括：1）EN ISO 10218-1和EN ISO 10218-2為歐洲標準化組織（CEN）發(fā)布的與工業(yè)機器人安全相關(guān)的標準。它們可能包含了機器人維護和保養(yǎng)的安全性方面的指導。2）ISO 14118為ISO發(fā)布的標準，關(guān)注機械安全中的保護措施。它包括了在機器人維護過程中防止未經(jīng)授權(quán)人員進入危險區(qū)域的要求。3）ISO 13850為ISO發(fā)布的標準，規(guī)定了關(guān)于緊急停止設備的要求。在機器人維護中，緊急停止設備的位置和操作方式也是重要的安全考慮。

1.4機器人集成安全標準

這些標準關(guān)注機器人系統(tǒng)的整體集成過程，確保在將機器人系統(tǒng)納入生產(chǎn)線時考慮到安全因素。具體要求可能包括：1）需要進行風險評估，識別潛在的危險和風險，并采取適當?shù)拇胧┻M行緩解。2）確保機器人系統(tǒng)與其他自動化設備和生產(chǎn)線無縫集成，以減少操作錯誤和風險。3）提供詳細的培訓和指導，確保操作員了解機器人系統(tǒng)的工作原理、操作流程和安全規(guī)定。

此類標準包括：1）ISO/TS 15066為ISO發(fā)布的技術(shù)規(guī)范，涵蓋了人機合作中的機器人系統(tǒng)安全。它包括了機器人系統(tǒng)集成時的觸覺感知、力矩限制、碰撞檢測等方面的要求。2）IEC 61508為國際電工委員會（IEC）發(fā)布的關(guān)于功能安全性的標準，可能在某些情況下適用于機器人系統(tǒng)的集成。3）NFPA 79為美國國家消防協(xié)會（NFPA）發(fā)布的工業(yè)機器人系統(tǒng)電氣安全標準，關(guān)注機器人系統(tǒng)的電氣集成和安全性。4）CSA Z434為加拿大標準協(xié)會發(fā)布的工業(yè)機器人系統(tǒng)標準，可能包含了機器人系統(tǒng)集成的安全要求。

2工業(yè)機器人安全標準發(fā)展展望

在工業(yè)機器人領(lǐng)域，“安全”通常指的是確保機器人在運行、與人類操作員、其他機器人或環(huán)境進行交互時，不會對人類或環(huán)境造成傷害或危險。安全在工業(yè)機器人中至關(guān)重要，因為這些機器人通常具有強大的力量、速度和精確性，如果不正確操作或不受控制，可能會對人員和設備造成嚴重傷害。隨著技術(shù)的進步，“安全”定義已經(jīng)被賦予了更強的定義，經(jīng)過對工業(yè)機器人應用案例的分析，如下的領(lǐng)域在工業(yè)機器人安全類標準中被給予更多關(guān)注。

2.1人身安全

此為“安全”的最基本的定義，工業(yè)機器人常常運作在高速、高負荷以及復雜多變的環(huán)境中。在這種情況下，機械故障、碰撞、夾傷等意外事故可能對操作人員構(gòu)成嚴重威脅，甚至危及生命安全。但通過設置可編程的安全區(qū)域和限制機器人的活動范圍，可以確保機器人與人員之間的安全距離，減少意外接觸的風險。安全防護裝置如物理柵欄、光幕和安全傳感器，能夠建立起一道可靠的防護屏障，限制未經(jīng)授權(quán)人員的進入，并在機器人接近時自動停止機器人的運動。緊急停止按鈕也是關(guān)鍵，一旦發(fā)生緊急情況，操作人員可以立即切斷機器人的動力源，防止事態(tài)惡化。對機器人進行全面的風險評估，識別潛在危險并采取相應措施，是確保機械安全的重要一環(huán)。培訓操作人員了解機器人的安全操作規(guī)程和緊急處理程序同樣不可或缺，這有助于預防事故并在危急時刻采取正確的行動。

2.2法規(guī)合規(guī)性

在全球范圍內(nèi)，眾多國家和地區(qū)紛紛確立了嚴格的法規(guī)和標準，對工業(yè)機器人的機械安全要求進行規(guī)范。這些法規(guī)和標準的制定旨在保障工作環(huán)境的安全，防范潛在的事故風險，保護操作人員、設備和環(huán)境免受傷害。未能遵守這些法規(guī)不僅可能引發(fā)法律責任，還可能導致嚴重的罰款和聲譽損失。遵循機械安全標準對企業(yè)而言至關(guān)重要。遵循安全標準可以顯著降低工業(yè)機器人運作過程中的風險，減少意外事故的發(fā)生，保障操作人員的生命安全和身體健康，還能夠提升企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。合規(guī)的機器人系統(tǒng)更容易進行整合和維護，減少了停工時間和維修成本。同時，通過采用最佳實踐，企業(yè)能夠更好地評估和管控潛在風險，優(yōu)化生產(chǎn)線的整體表現(xiàn)。因此，將機械安全作為企業(yè)運營的重要組成部分是至關(guān)重要的決策。

2.3生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性

機械故障和意外事故對生產(chǎn)過程可能帶來嚴重影響，不僅可能導致生產(chǎn)線的停產(chǎn)，還會削弱生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。這種中斷可能導致生產(chǎn)計劃的延遲、資源的浪費以及成本的增加，對企業(yè)的經(jīng)濟利益和聲譽造成不可估量的損失。然而，通過采用適當?shù)臋C械安全措施，這些風險可以得到顯著減少。首先，定期的維護和保養(yǎng)可以發(fā)現(xiàn)并修復潛在的故障跡象，從而防止其演變成更大的問題。其次，引入先進的傳感技術(shù)和監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測機器運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取措施。此外，設置安全防護裝置如物理柵欄、安全傳感器和緊急停止按鈕，可以在危險情況下迅速中斷機器操作，保護操作人員和設備的安全。

2.4從業(yè)者的安全意識

在企業(yè)的運營中，安全意識和實踐被視為不可或缺的重要組成部分。特別是在機械安全領(lǐng)域，將安全視為頭等大事的企業(yè)更容易受到客戶、員工和合作伙伴的尊重和信任。企業(yè)積極采取機械安全措施，不僅是為了符合法規(guī)和標準的要求，更是為了確保人員和設備的安全。通過積極采取機械安全措施，企業(yè)展示了對員工和合作伙伴的關(guān)心，樹立了良好的企業(yè)形象，從而為未來的發(fā)展創(chuàng)造了堅實的基礎。因此，將安全置于企業(yè)運營的核心地位，是實現(xiàn)長期成功和可持續(xù)發(fā)展的必要舉措。

3結(jié)論

通過對工業(yè)機器人安全標準分類，將工業(yè)機器人安全標準分為按操作安全、交互安全、維護和保養(yǎng)安全、集成安全四類。并預測了工業(yè)機器人安全標準的發(fā)展方向會集中在人身安全、法規(guī)合規(guī)性、生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性、從業(yè)者的安全意識等諸多方面。智能機器人的安全標準和發(fā)展路線是一個錯綜復雜的議題，涉及技術(shù)、倫理、社會等多個層面。只有在全球合作、跨領(lǐng)域交流的基礎上，我們才能夠確保機器人技術(shù)能夠持續(xù)健康地發(fā)展，為人類和環(huán)境帶來積極的影響。

【參考文獻】

[1]忻奕敏，葉瓊瑜，任悅.工業(yè)機器人信息安全的分析與應對[J].工業(yè)信息安全，2023（1）：84-90.

[2]劉權(quán).工業(yè)機器人網(wǎng)絡安全應重視[J].網(wǎng)絡安全和信息化，2017（8）：36-37.

[3]楊書評，劉穎.機器人標準化領(lǐng)域研究進展和趨勢[J].科技導報，2015，33（23）：116-119.

【作者簡介】

崔朝宇，男，1983年出生，工程師，碩士，研究方向為工業(yè)機器人應用。

（編輯：謝飛燕）