摘要：隨著機器人技術的發展，根據功能的不同，機器人又被分為一般機器人和智能機器人。其中，一般機器人是指只具有一般編程能力和操作能力的機器人，目前我國生產的機器人大多數屬于這一類，最初的工業機器人只能在相當封閉的空間里運動或移動，安全功能極其有限，安全性能也不高，后續隨著自動化控制理論和安全器件陸續出現，安全功能才逐步完善，使得工業機器人能夠適應更多的生產環境和工作任務，也使得人機協同工作成為可能，但安全事故還是時有發生，隨著世界各國對人民生命與財產安全越來越重視，如何確保工業機器人安全可靠的運行也變得越來越重要。

1工業機器人風險評估

針對機械設備的危險因素，相關國際和國內標準都提出了一套系統的流程，目的在于選擇并采用合適的安全措施來降低或根除風險。

1.1工業機器人危險識別

為了預防或減少機器人造成的傷害，必須先識別機器人崗位上發生的常見危險，使在進行機器人及其系統設計和風險評估時，便于危險的識別和分析ＰＳ。對于工業機器人及其系統，其危險源并不相同，常見的危險源主要包括：設施失效或故障、機械部件運動、儲能或動力源、危險氣體、材料或條件、有噪聲引起的危險、干擾產生的危險、人為差錯產生的危險（包括設計、制造、安裝、試運行、測試、編程、驗證、維護等）、機器人系統或輔助部件的移動、搬運或更換等。

1.2工業機器人風險評估

風險與特殊情況或技術開發過程中所考慮的危險有關，它是該危險可能傷害的嚴重度和傷害出現的概率及避免或限制傷害的可能性函數。

為了支持機器人風險評估過程，有很多有效的風險評估工具，使用者可根據不同的機器人采用不同的評價工具。工業機器人一般推薦采用數值評分法，用一個具體數值代表可接受的風險水平，能夠為風險減少提供關鍵依據。

2機器人控制系統安全設計

控制系統是機器人的核心，保證控制系統正常、穩定的工作是安全功能實現的關鍵，然而控制系統的性能和穩定性往往是相互制約的，如果要更好地、更安全的完成機器人的控制工作，必須在兩者之間有所平衡，從安全控制的角度，機器人控制系統設計應該滿足下幾點：

（１）采巧成熟、穩定的和規范化的軟件開發平臺，滿足安全功能相關參數的配置和軟件編程。

（２）開發型的控制系統，安全模塊和安全器件可自由添加，具備可擴展性、互操作性。

（３）實時性好，能夠及時處理外圍的安全相關任務。高可靠性是復雜機器人控制技術的首要解決問題之一，只有解決了控制系統的可靠性才能解決工業機器人技術發展帶來的不確定因素P21，現有新時達機器人控制系統軟件開發平臺采用的是德國3S公司的CODESYS多軸機器人控制系統，其開發巧、實時性較好，可滿足機器人控制系統開發對于安全功能的可靠性要求。

3機器人不同狀態下安全停止功能的實現策略

當一個外部信號觸發或異常狀態發生時，機器人應該以合適的方式停止下來，采用何種制動方式主要從風險分析的角度，綜合考慮機器人安全、性能等方面因素來最終確定。

3.1伺服驅動供電電源斷開時

根據上述安全回路的電氣原理圖，伺服驅動供電電源斷開主要有以下幾種可能：

（１）外部電源斷開，例如工廠突然斷電等。

（２）接觸器線圈斷開，主要原因可能是接觸器故障，安全回路故障等。此時如果機器人伺服系統處于使能或運行狀態，控制系統檢測到主電源斷開信號后，按照一般的處理過程，伺服應該立即關斷電機抱間后再切斷伺服使能輸出，相當于觸發了緊急制動過程，但因電機抱閩本身的延遲，根據機器人當前的位置姿態及速度等因素不可避免帶來了一定程度的跌落問題。

首先我們先從伺服驅動斷電時，機器人伺服系統處于使能狀態開始分折，此時電機處于使能狀態（速度接近于零）。

（１）此時可能危險源主要來自于機械部件運動的跌落或下墜，根源在于制動裝置（電機拖間）的制動延時時間不足以響應機械部件重力下墜的影響，根據風險評估的分析過程，嚴重度、傷害的出現的概率、避開的可能性分別屬于S1（輕度損傷）、E1（不頻繁暴露）、Ａ１（可能避免），一般采用簡單的安全控制和培訓認知即可避免。

3.2機器人控制系統可控報警時

當機器人控制系統報普后，機器人立即制動停止，采用哪種制動停止方式要看報瞥的類型，從伺服系統的角度，主要分為可控報警和不可控報警，它們的區別如下：

（１）可控報瞥，報警時伺服系統使能輸出未關斷、電機是可控的、嚴重程度相對較低的報警，如輸入缺相、位置超限、通巧故障等。

（２）不可控報普，報普時伺服系統使能輸出立即關斷、電機是不可控的、嚴重程度較高的報警，如電機過流、編碼器故障、伺服過載等。

4.3機器人伺服系統不可控巧警時

此時可能危險源主要來自于機械部件的高速運動和制動后可能產生的跌落情況，根據風險評估的分析過程，嚴重度、傷害的出現的概率、避開的可能性分別屬于S2（嚴重損傷）、E2（不頻繁暴露）、Ａ１（可能避免），一般需采用可靠的安全控制和安全圍欄避免，但傷害的出現的概率相對較低，下面進一步分析如何降低此危險。

(2）如果缺少動態制動的過程，電機不會很快停止，在負載和速度較大時將產生一定跌落，且僅緊急制動將加重電機抱闡的磨損，影響使用壽命。

（3）與可控報警相同，也需要由安全回路斷開主電源。

5機器人系統安全功能試驗方法

功能測試的常用方法為黑盒測試，即把系統功能看作一個不能打開的黑盒子，在完全不考慮系統內部架構和內部特性的情況下，在系統功能接口進行測試。機器人功能測試只需檢査系統功能是否按照功能需求的說明正常使用，控制系統是否能適當地接收輸入信號并進行正確的動作，黑盒測試更多的時候是從用戶的角度出發，從輸入數據與輸出結果的對應關系出發進行測試的。很明顯，如果控制系統本身設計有問題，用黑盒測試方法是發現不了的。

機器人系統功能測試的一般步驟：首先準備好相關文檔，理解需求，并且對機器人系統要實現的功能充分準確理解，了解實際操作步驟及環境條件，然后著手制訂試驗的測試用例。