摘要：隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)功能的不同，機(jī)器人又被分為一般機(jī)器人和智能機(jī)器人。其中，一般機(jī)器人是指只具有一般編程能力和操作能力的機(jī)器人，目前我國(guó)生產(chǎn)的機(jī)器人大多數(shù)屬于這一類(lèi)，最初的工業(yè)機(jī)器人只能在相當(dāng)封閉的空間里運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)，安全功能極其有限，安全性能也不高，后續(xù)隨著自動(dòng)化控制理論和安全器件陸續(xù)出現(xiàn)，安全功能才逐步完善，使得工業(yè)機(jī)器人能夠適應(yīng)更多的生產(chǎn)環(huán)境和工作任務(wù)，也使得人機(jī)協(xié)同工作成為可能，但安全事故還是時(shí)有發(fā)生，隨著世界各國(guó)對(duì)人民生命與財(cái)產(chǎn)安全越來(lái)越重視，如何確保工業(yè)機(jī)器人安全可靠的運(yùn)行也變得越來(lái)越重要。

1工業(yè)機(jī)器人風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

針對(duì)機(jī)械設(shè)備的危險(xiǎn)因素，相關(guān)國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)都提出了一套系統(tǒng)的流程，目的在于選擇并采用合適的安全措施來(lái)降低或根除風(fēng)險(xiǎn)。

1.1工業(yè)機(jī)器人危險(xiǎn)識(shí)別

為了預(yù)防或減少機(jī)器人造成的傷害，必須先識(shí)別機(jī)器人崗位上發(fā)生的常見(jiàn)危險(xiǎn)，使在進(jìn)行機(jī)器人及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，便于危險(xiǎn)的識(shí)別和分析ＰＳ。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人及其系統(tǒng)，其危險(xiǎn)源并不相同，常見(jiàn)的危險(xiǎn)源主要包括：設(shè)施失效或故障、機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)、儲(chǔ)能或動(dòng)力源、危險(xiǎn)氣體、材料或條件、有噪聲引起的危險(xiǎn)、干擾產(chǎn)生的危險(xiǎn)、人為差錯(cuò)產(chǎn)生的危險(xiǎn)（包括設(shè)計(jì)、制造、安裝、試運(yùn)行、測(cè)試、編程、驗(yàn)證、維護(hù)等）、機(jī)器人系統(tǒng)或輔助部件的移動(dòng)、搬運(yùn)或更換等。

1.2工業(yè)機(jī)器人風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

風(fēng)險(xiǎn)與特殊情況或技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中所考慮的危險(xiǎn)有關(guān)，它是該危險(xiǎn)可能傷害的嚴(yán)重度和傷害出現(xiàn)的概率及避免或限制傷害的可能性函數(shù)。

為了支持機(jī)器人風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程，有很多有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具，使用者可根據(jù)不同的機(jī)器人采用不同的評(píng)價(jià)工具。工業(yè)機(jī)器人一般推薦采用數(shù)值評(píng)分法，用一個(gè)具體數(shù)值代表可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平，能夠?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)減少提供關(guān)鍵依據(jù)。

2機(jī)器人控制系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是機(jī)器人的核心，保證控制系統(tǒng)正常、穩(wěn)定的工作是安全功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，然而控制系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性往往是相互制約的，如果要更好地、更安全的完成機(jī)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(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該滿(mǎn)足下幾點(diǎn)：

（１）采巧成熟、穩(wěn)定的和規(guī)范化的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，滿(mǎn)足安全功能相關(guān)參數(shù)的配置和軟件編程。

（２）開(kāi)發(fā)型的控制系統(tǒng)，安全模塊和安全器件可自由添加，具備可擴(kuò)展性、互操作性。

（３）實(shí)時(shí)性好，能夠及時(shí)處理外圍的安全相關(guān)任務(wù)。高可靠性是復(fù)雜機(jī)器人控制技術(shù)的首要解決問(wèn)題之一，只有解決了控制系統(tǒng)的可靠性才能解決工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的不確定因素P21，現(xiàn)有新時(shí)達(dá)機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用的是德國(guó)3S公司的CODESYS多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，其開(kāi)發(fā)巧、實(shí)時(shí)性較好，可滿(mǎn)足機(jī)器人控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)對(duì)于安全功能的可靠性要求。

3機(jī)器人不同狀態(tài)下安全停止功能的實(shí)現(xiàn)策略

當(dāng)一個(gè)外部信號(hào)觸發(fā)或異常狀態(tài)發(fā)生時(shí)，機(jī)器人應(yīng)該以合適的方式停止下來(lái)，采用何種制動(dòng)方式主要從風(fēng)險(xiǎn)分析的角度，綜合考慮機(jī)器人安全、性能等方面因素來(lái)最終確定。

3.1伺服驅(qū)動(dòng)供電電源斷開(kāi)時(shí)

根據(jù)上述安全回路的電氣原理圖，伺服驅(qū)動(dòng)供電電源斷開(kāi)主要有以下幾種可能：

（１）外部電源斷開(kāi)，例如工廠突然斷電等。

（２）接觸器線(xiàn)圈斷開(kāi)，主要原因可能是接觸器故障，安全回路故障等。此時(shí)如果機(jī)器人伺服系統(tǒng)處于使能或運(yùn)行狀態(tài)，控制系統(tǒng)檢測(cè)到主電源斷開(kāi)信號(hào)后，按照一般的處理過(guò)程，伺服應(yīng)該立即關(guān)斷電機(jī)抱間后再切斷伺服使能輸出，相當(dāng)于觸發(fā)了緊急制動(dòng)過(guò)程，但因電機(jī)抱閩本身的延遲，根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前的位置姿態(tài)及速度等因素不可避免帶來(lái)了一定程度的跌落問(wèn)題。

首先我們先從伺服驅(qū)動(dòng)斷電時(shí)，機(jī)器人伺服系統(tǒng)處于使能狀態(tài)開(kāi)始分折，此時(shí)電機(jī)處于使能狀態(tài)（速度接近于零）。

（１）此時(shí)可能危險(xiǎn)源主要來(lái)自于機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)的跌落或下墜，根源在于制動(dòng)裝置（電機(jī)拖間）的制動(dòng)延時(shí)時(shí)間不足以響應(yīng)機(jī)械部件重力下墜的影響，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的分析過(guò)程，嚴(yán)重度、傷害的出現(xiàn)的概率、避開(kāi)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(jiǎn)單的安全控制和培訓(xùn)認(rèn)知即可避免。

3.2機(jī)器人控制系統(tǒng)可控報(bào)警時(shí)

當(dāng)機(jī)器人控制系統(tǒng)報(bào)普后，機(jī)器人立即制動(dòng)停止，采用哪種制動(dòng)停止方式要看報(bào)瞥的類(lèi)型，從伺服系統(tǒng)的角度，主要分為可控報(bào)警和不可控報(bào)警，它們的區(qū)別如下：

（１）可控報(bào)瞥，報(bào)警時(shí)伺服系統(tǒng)使能輸出未關(guān)斷、電機(jī)是可控的、嚴(yán)重程度相對(duì)較低的報(bào)警，如輸入缺相、位置超限、通巧故障等。

（２）不可控報(bào)普，報(bào)普時(shí)伺服系統(tǒng)使能輸出立即關(guān)斷、電機(jī)是不可控的、嚴(yán)重程度較高的報(bào)警，如電機(jī)過(guò)流、編碼器故障、伺服過(guò)載等。

4.3機(jī)器人伺服系統(tǒng)不可控巧警時(shí)

此時(shí)可能危險(xiǎn)源主要來(lái)自于機(jī)械部件的高速運(yùn)動(dòng)和制動(dòng)后可能產(chǎn)生的跌落情況，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的分析過(guò)程，嚴(yán)重度、傷害的出現(xiàn)的概率、避開(kāi)的可能性分別屬于S2（嚴(yán)重?fù)p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(xiàn)的概率相對(duì)較低，下面進(jìn)一步分析如何降低此危險(xiǎn)。

(2）如果缺少動(dòng)態(tài)制動(dòng)的過(guò)程，電機(jī)不會(huì)很快停止，在負(fù)載和速度較大時(shí)將產(chǎn)生一定跌落，且僅緊急制動(dòng)將加重電機(jī)抱闡的磨損，影響使用壽命。

（3）與可控報(bào)警相同，也需要由安全回路斷開(kāi)主電源。

5機(jī)器人系統(tǒng)安全功能試驗(yàn)方法

功能測(cè)試的常用方法為黑盒測(cè)試，即把系統(tǒng)功能看作一個(gè)不能打開(kāi)的黑盒子，在完全不考慮系統(tǒng)內(nèi)部架構(gòu)和內(nèi)部特性的情況下，在系統(tǒng)功能接口進(jìn)行測(cè)試。機(jī)器人功能測(cè)試只需檢査系統(tǒng)功能是否按照功能需求的說(shuō)明正常使用，控制系統(tǒng)是否能適當(dāng)?shù)亟邮蛰斎胄盘?hào)并進(jìn)行正確的動(dòng)作，黑盒測(cè)試更多的時(shí)候是從用戶(hù)的角度出發(fā)，從輸入數(shù)據(jù)與輸出結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系出發(fā)進(jìn)行測(cè)試的。很明顯，如果控制系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)有問(wèn)題，用黑盒測(cè)試方法是發(fā)現(xiàn)不了的。

機(jī)器人系統(tǒng)功能測(cè)試的一般步驟：首先準(zhǔn)備好相關(guān)文檔，理解需求，并且對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能充分準(zhǔn)確理解，了解實(shí)際操作步驟及環(huán)境條件，然后著手制訂試驗(yàn)的測(cè)試用例。