淺談當下工業(yè)機器人使用安全問(wèn)題

工業(yè)機器人是可編程的多功能機械設備，旨在通過(guò)可變的編程運動(dòng)來(lái)移動(dòng)材料、零件、工具或專(zhuān)用設備，以執行各種任務(wù)。傳統工業(yè)機器人通常用于執行危險、高度重復和勞動(dòng)強度大的任務(wù)。它們具有許多不同的功能，例如材料處理、組裝、焊接、機床的加載和卸載功能、噴涂、噴涂等。機器人自運用于產(chǎn)線(xiàn)，極大程度上提高了生產(chǎn)效率，隨著(zhù)近年來(lái)，產(chǎn)業(yè)機器人得到迅猛發(fā)展，使用量逐步提升，運用過(guò)程中，產(chǎn)生了很多職業(yè)健康和安全問(wèn)題，一直被廣泛關(guān)注。

在工業(yè)機器人提升工作效率和產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，其安全生產(chǎn)問(wèn)題也應該引起重視。此前起亞、大眾等車(chē)企紛紛傳出機器人“殺人”事故，最近亞馬遜新澤西倉庫發(fā)生一起機器人致24 名工人受傷住院的事件引發(fā)了大量關(guān)注。這不是第一起機器人傷人事件上，它又一次在機器人安全生產(chǎn)問(wèn)題上給我們敲響了警鐘。下面淺談當下產(chǎn)業(yè)協(xié)作機器人安全生產(chǎn)相關(guān)內容。

在人機交互的工作區域所使用協(xié)作機器人會(huì )導致許多危險和傷害。部分機器人，特別是那些在傳統工業(yè)環(huán)境中的機器人，在擁有非?？斓倪\行速度的同時(shí)又匹配強大的動(dòng)力系統。這使得人機在交互作業(yè)過(guò)程中增加了受傷的可能性，而且機械臂揮動(dòng)運行過(guò)程中造成的往往是嚴重的人身傷害。當機器人發(fā)生故障或需要維護時(shí)，還有其他風(fēng)險。與機器人配合工作的工人可能會(huì )受傷，因為通常無(wú)法預測發(fā)生故障的機器人，使用安全往往需極其謹慎并提前布局預防。根據數據統計顯示，目前56% 的協(xié)作機器人使用過(guò)程引發(fā)傷害被歸類(lèi)為夾傷，44% 的傷害被歸類(lèi)為撞擊傷。其中不合理的工作現場(chǎng)區域設計和人為失誤造成的事故傷害不勝枚舉。而通過(guò)歷年來(lái)協(xié)作機器人引發(fā)事故數據研究發(fā)現，生產(chǎn)線(xiàn)工人的受傷風(fēng)險最大，受傷占比人員最大，其次是故障維護工人和調試程序員，長(cháng)期與機器人協(xié)作交互群體事故風(fēng)險占了前3 位，機器人安全工作還任重道遠！

人與協(xié)作機器人在生產(chǎn)制作活動(dòng)過(guò)程中的互動(dòng)有7個(gè)與之相關(guān)密切的危險因素：人為不正確操作，未遵守相關(guān)安全要求；控制程序邏輯錯誤或不合理，未經(jīng)反復驗證；機器人設備未停機非法闖入機器人工作區域；機器人突發(fā)機械故障；作業(yè)環(huán)境差，干擾大；電源系統異常和不正確的安裝。一行不正確的代碼危害可能源于人為錯誤?？刂棋e誤是內在的，通常不可控也不可預測。當不熟悉該區域的人員進(jìn)入機器人的工作運行區域時(shí)，會(huì )出現碰撞危險。機械故障隨時(shí)可能發(fā)生，并且故障單元通常是不可預測的。環(huán)境方面是可能導致機器人故障的環(huán)境中諸如電磁或無(wú)線(xiàn)電干擾之類(lèi)的事物。動(dòng)力系統是氣動(dòng)、液壓或電動(dòng)動(dòng)力源；這些電源可能會(huì )發(fā)生故障并引起火災，泄漏或電擊。不正確的安裝帶來(lái)的影響是十分巨大的。松動(dòng)的螺栓或裸露的電線(xiàn)會(huì )導致固有的危險，危險無(wú)處不在。

1   電源、動(dòng)力電及安全間距

1.1 關(guān)閉總電源

在進(jìn)行機器人的安裝、維護和保養時(shí)切記將總電源關(guān)閉，同時(shí)設置警示牌并安排專(zhuān)人協(xié)助看護，作業(yè)人員及協(xié)助看護人員均需進(jìn)行專(zhuān)業(yè)系統培訓，具備相應資質(zhì)和能力的情況下，方可上崗。帶電作業(yè)可能危及生命。如不慎遭高壓電擊、可能導致心跳停止，燒傷或其他嚴重傷害。

1.2 斷開(kāi)動(dòng)力電

在故障診斷時(shí)，機器人有可能必須上電，但當修復故障時(shí)，必須斷開(kāi)旋轉開(kāi)關(guān), 斷開(kāi)機器人動(dòng)力電。不可帶電維修，為防發(fā)生緊急觸電事故，工作空間外必須有動(dòng)力電急斷裝置。

1.3 與機器人保持足夠的安全距離

在調試與運行機器人時(shí)，他可能會(huì )執行一些意外的或不規范的運動(dòng)。所有的運動(dòng)都會(huì )產(chǎn)生很大的力量，而嚴重傷害個(gè)人或損壞機器人工作范圍內的任何設備，所以應時(shí)刻警惕并與機器人保持足夠的安全距離?？紤]機器人運行作業(yè)安全范圍的同時(shí)需同步注重機器人加上載具和實(shí)際作業(yè)時(shí)附加的生產(chǎn)資料時(shí)的作業(yè)范圍，必須保證安全距離的絕對有效性，安全柵欄與最大運行范圍之間必須保證有1 m 以上的間距。如圖1 所示。

圖1 機器人運行作業(yè)安全范圍

2   交互作業(yè)及維修注意事項

2.1 控制柜相關(guān)危險因素

機器人工作時(shí)間，不允許倚靠控制柜、打開(kāi)控制柜的門(mén)，以防旁人誤觸碰。柜門(mén)必須具備報警裝置，在其被誤打開(kāi)時(shí)，必須強制停止機器人。注意伺服工作時(shí)，存在高壓電能，所以不可隨意觸摸伺服。尤其是伺服的出線(xiàn)端子，以防發(fā)生觸電事故。伺服維修時(shí)，必須等伺服的ower 指示燈徹底熄滅，伺服內部電容完全放電后，才可維修，否則容易發(fā)生觸電事故?？刂乒竦闹骶€(xiàn)纜均為高壓線(xiàn)纜，應遠離這些線(xiàn)纜以及線(xiàn)纜上的電氣器件，以防發(fā)生觸電事故?？刂乒駜热缬凶儔浩?，應當遠離變壓器的周邊，以防發(fā)生觸電事故。即使控制柜的旋轉開(kāi)關(guān)已關(guān)斷，也應注意控制柜內是否殘留有電流。不可隨意觸摸，拆卸控制柜內器件。一定要注意，旋轉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的是開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)關(guān)前面的儲能器件可能帶電，必要時(shí)請斷開(kāi)控制柜的電源。

2.2 作業(yè)現場(chǎng)6S點(diǎn)檢及危險識別處理

作業(yè)需按要求穿著(zhù)規定的工作服、安全靴、安全帽等安保用品。為確保場(chǎng)內的安全，請張貼懸掛號“機械傷人”、“高壓危險”、“外人勿進(jìn)”等提示標語(yǔ)，配備好安全警示燈并認真落實(shí)培訓執行監督；認真管理好控制柜，請勿隨意按下按鈕。勿用力搖晃機器人及在機器人上懸掛重物。在機器人周?chē)?，不允許有危險行為如嬉戲打鬧。時(shí)刻注意安全。需注意現場(chǎng)6S 管理，工作區域不得出現積水、油污情況，雜物、易燃易爆物品不得放置在機器人工作區域內，注意清潔。日常操作發(fā)現安全護欄、保護裝置出現損壞的，日常點(diǎn)檢發(fā)現緊急開(kāi)關(guān)按鈕失效，安全插座及氣缸運行不穩定的情況，警示燈或警示標牌破損或運行不良的情況，作業(yè)地面有水或油污等情況時(shí)均需立即停止設備運行，立即與安全管理人員及設備維護人員聯(lián)系，將異常處理完畢再啟動(dòng)機器，避免“帶病”作業(yè)。

圖2 安全標語(yǔ)

3   機器人重點(diǎn)安全防護裝置

3.1 工作區域防闖入研究應用

為避免出現突發(fā)工作區域闖入問(wèn)題，造成事故，對機器人工作區域形成鎖定管控，目前有兩種管控手段，基礎型為將機器人工作區域使用安全柵欄隔開(kāi)，在區域進(jìn)出口處直接上鎖管理，升級型則采用傳感器感應，同樣使用安全柵欄隔開(kāi)，在門(mén)口設置傳感器與設備連鎖，一經(jīng)出現未經(jīng)允許的誤闖入行動(dòng)，機器人立即自動(dòng)切斷伺服電源，設備停止作業(yè)，警示燈報警。

3.2 急停開(kāi)關(guān)

操作機器人前，先按下機器人電控柜前門(mén)上的急停鍵，并確認伺服電源是否已被切斷（伺服電源切斷后，電控柜面板上的綠色指示燈熄滅），目的為確保急停鍵正常工作。一旦出現危及人員或設備的情況，必須按下緊急關(guān)斷按鈕，若需繼續運行，則必須旋轉緊急關(guān)斷按鈕將其解鎖，并對停機信息進(jìn)行確認，急停按鈕一般位于在電柜的前門(mén)，使用前需提前掌握該信息再操作信息。

3.3 運行方式選擇開(kāi)關(guān)

機器人系統運行方式有3 種：手動(dòng)快速運行（T2）、自動(dòng)運行（AUT）、外部自動(dòng)運行（AUT EXT）。機器人運行方式通過(guò)面板上的鑰匙開(kāi)關(guān)來(lái)切換。如果在機器人運動(dòng)過(guò)程中改變了運行方式，機器人驅動(dòng)器立刻中斷。

4   點(diǎn)動(dòng)運行

編好一段程序，首先需要在手動(dòng)模式下進(jìn)行程序示教及調試，程序調試沒(méi)有問(wèn)題，才可以在自動(dòng)模式下運行程序。手動(dòng)模式下運行程序稱(chēng)為點(diǎn)動(dòng)運行程序。自動(dòng)運行程序與點(diǎn)動(dòng)運行程序不同之處在于：自動(dòng)運行程序通過(guò)點(diǎn)擊“Start”按鍵運行程序，手動(dòng)運行程序要求一直按住“Start”按鍵運行程序，松開(kāi)“Start”按鍵，機器人停止運行。手動(dòng)運行程序更加安全，因為在手動(dòng)模式下機器人運行速度有更嚴格的限制。需程序應盡量簡(jiǎn)潔，不要有過(guò)多的邏輯易引發(fā)沖突，引發(fā)程序邏輯判定異常。

5   機械終端限位

基本軸A1、A2、A3、A5、A6 均有帶緩沖器的機械終端限位，運行路徑要考慮到各軸可運行幅度的差異，程序設計要盡可能將行程分布均勻合理，避免出現奇異點(diǎn)。以下舉例一款機器人及其參數：

圖4 機械終端限位

表2 機械終端限位相關(guān)參數

6   軟件限位開(kāi)關(guān)

機器人所有軸都可以通過(guò)設定的軟件限位開(kāi)關(guān)來(lái)限制機器人軸的運動(dòng)范圍。軟件限位開(kāi)關(guān)僅用作機械防護裝置，并設定為機器人不會(huì )撞到機械終端限位上。軟件程序應進(jìn)行加密鎖定，避免其他人員誤操作更改軟件參數。

7   其他重點(diǎn)需注意事項

7.1 不帶剎車(chē)的機器人安全防范措施

機器人在不帶剎車(chē)功能的情況下使用時(shí)，在加負載失電斷使能時(shí)，由于自重及負載會(huì )導致機器人機械臂會(huì )往下掉，對于J1 軸在機器人運動(dòng)過(guò)程中，控制系統被人為停止或系統故障后強迫伺服被關(guān)閉的情況下，會(huì )因機械轉動(dòng)慣性作出位移，此過(guò)程中存在碰撞工件、誤傷旁人等危險隱患。所以機器人在選用不帶剎車(chē)的電機時(shí)，必須對機器人作相應的安全防護措施，操作人員必須注意。在操作不帶剎車(chē)的機器人時(shí)，在操作前，首先進(jìn)行動(dòng)作確認，在遇到緊急情況下，必須切斷電源：切斷伺服電源（急停），急停時(shí)，伺服電源會(huì )被切斷，無(wú)法操作機器人。按下急停按鈕時(shí)，會(huì )切斷伺服電源。無(wú)論何種模式下，都可以通過(guò)急停按鈕來(lái)切斷伺服電源。切斷主電源切斷伺服電源后，再切斷主電源。將電柜前門(mén)的主電源開(kāi)關(guān)旋轉至“OFF”一側時(shí)，主電源就會(huì )被切斷。不帶剎車(chē)的機器人運行情況下嚴禁隨意闖入其工作區域，謹防發(fā)生意外危險。

7.2 安裝

在設計選用階段應盡可能全面的考慮，先通過(guò)軟件仿真現場(chǎng)位置，得出機器人的最佳安裝位置，包括安裝高度等因素。選擇一個(gè)區域安裝機器人，并確認此區域足夠大，以確保裝有工具的機器人轉動(dòng)時(shí)不會(huì )碰著(zhù)墻、安全欄或電控柜。否則可能會(huì )因機器人產(chǎn)生未預料的動(dòng)作而引起人身傷害或設備損壞。

安裝機器人將其放在穩固的平面上。針對各種機器人，應按說(shuō)明書(shū)中規定的螺栓大小及類(lèi)型來(lái)安裝機器人，確保機器的高速運行下的穩定性。在進(jìn)行機器人電控柜與機器人、外圍設備間的配線(xiàn)及配管時(shí)須采取防護措施，如將線(xiàn)、管或電纜從坑內穿過(guò)或者加保護蓋予以遮蓋，以免被人踩壞或因被叉車(chē)等工具作業(yè)輾壓而損壞。

機器人的應用日益廣泛, 以前勞動(dòng)強度大，耗費人力、污染大、高危崗位等慢慢都使用機器人替代。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，會(huì )有更多形式的機器人應用到更多的崗位，這些機器人比現有技術(shù)機器人或存在更大的危險性。為保證使用安全，安全專(zhuān)業(yè)人員必須對使用機器人有關(guān)的危險性進(jìn)行充分的預測、識別、評價(jià)和進(jìn)行控制。使用機器人的最終目的就在于改善人的勞動(dòng)條件和減輕人的勞動(dòng)強度，實(shí)現安全生產(chǎn)。機器人使用安全還需持續重點(diǎn)關(guān)注。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年2月期）