協(xié)作機(jī)器人-功率和力限制

PFL 代表 功率和力限制。PFL是機(jī)器人協(xié)同工作并成為協(xié)作機(jī)器人（協(xié)作機(jī)器人）的方式之一。PFL的本質(zhì)是，即使機(jī)器人和人類接觸，人類也應(yīng)該不受傷害。當(dāng)然，僅僅購買一個(gè)合適的機(jī)器人是不夠的——如果機(jī)器人拿著皮下注射針頭戳你的眼睛，那么再多的 PFL 也無法拯救你。因此，為PFL設(shè)計(jì)的機(jī)器人是協(xié)作PFL應(yīng)用的必要條件，但不是充分條件。

讓我們“備份總線”，回到開頭。安全的首要任務(wù)是消除危險(xiǎn)（固有安全的設(shè)計(jì)措施），或者如果無法做到這一點(diǎn)，請(qǐng)使用安全功能（保護(hù)）。如果安全功能不能充分降低風(fēng)險(xiǎn)，那么最后一個(gè)選項(xiàng)是“警告和通知”。標(biāo)準(zhǔn)中有以下圖形的更全面版本（例如參見RIA TR R15.306-2016），但通常依靠人們閱讀警告或佩戴特殊安全裝備或跟蹤設(shè)備處于層次結(jié)構(gòu)的底端。

對(duì)于專為協(xié)作應(yīng)用設(shè)計(jì)的機(jī)器人（我們稱之為協(xié)作機(jī)器人），以嘗試消除協(xié)作機(jī)器人通常具有的危險(xiǎn)

漂亮的圓角，沒有鋒利的邊緣或點(diǎn)

臂（機(jī)械手）和臂連接設(shè)計(jì)用于消除夾點(diǎn)

帶襯墊的柔軟外殼

可變形部件

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量最小化

不幸的是，雖然這些通常是有幫助的，但它們還不夠，這就是PFL的用武之地，這就是它變得有趣的地方。通常的功能安全是避免傷害，例如手指被壓碎或手臂骨折甚至死亡。那么機(jī)器人在造成傷害之前能有多難受。每天被打100次，但只是輕微的打擊，這是可以接受的嗎？100 次微小的撞擊等同于一次非常好的推動(dòng)嗎？ISO TS 15066對(duì)此提供了一些指導(dǎo)，以幫助機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 10218：2011中已有的指導(dǎo)，并使用疼痛作為閾值而不是傷害。我當(dāng)然想避免傷害，但我也不熱衷于疼痛，所以就個(gè)人而言，我很高興標(biāo)準(zhǔn)使用疼痛而不僅僅是傷害作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。

然后，ISO TS 15066 給出了不同身體位置的限制，總共約 30 個(gè)。盡管上面圖片顯示了什么，但我相信志愿者被蒙住眼睛，有耳塞，所以他們不知道什么時(shí)候會(huì)有撞擊。

兩種類型的沖擊被認(rèn)為是瞬態(tài)的（無夾緊 - 發(fā)生在自由空氣中）和準(zhǔn)靜態(tài)（夾緊）以及兩者的限制。使用瞬態(tài)一詞是因?yàn)樗婕暗牧_(dá)到峰值，然后在不涉及陷阱時(shí)迅速回落到零，對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)情況，力和壓力將上升，然后當(dāng)身體部位被夾緊時(shí)通常保持在那個(gè)高水平，直到你解放你的手。

最大許可準(zhǔn)靜態(tài)接觸標(biāo)準(zhǔn)中的限制示例包括

上臂和肘關(guān)節(jié) – 三角肌 150N 和肱骨 220N。

前臂肌肉 – 150N

手和手指一般為140N

小腿，包括脛骨中部 – 130N

該標(biāo)準(zhǔn)在與頭部接觸時(shí)似乎有些矛盾，說必須防止它，但仍然給出限制。如果無論力如何都可以與眼睛接觸，則很難反對(duì)使用安全護(hù)目鏡或類似物。然而，我確實(shí)在YouTube上看到了視頻，這些視頻似乎以協(xié)作機(jī)器人在桌子上以PFL模式工作，人們坐在他們旁邊。對(duì)我來說，與操作員負(fù)責(zé)人的接觸看起來完全不受阻礙。

我看過其他文章，說人頭最弱的骨頭是鼻骨，骨折力為342N，并引用337N作為頸部甲狀腺和環(huán)狀軟骨的斷裂力。

與PFL相關(guān)的安全功能的典型要求是PL d CAT 3，即使我討厭看到強(qiáng)制要求類別。

與我在之前的博客中討論的SSM相比，使用PFL的協(xié)作機(jī)器人通常移動(dòng)得慢得多，這是因?yàn)楣β屎土εc速度具有平方定律關(guān)系（速度加倍會(huì)使力翻兩番）。因此，降低速度是限制撞擊過程中功率和力的關(guān)鍵方法。該速度的測(cè)量和限制本身就是一項(xiàng)安全功能，必須達(dá)到或超過PFL模式要求的SIL或PL。機(jī)器人可以在沒有人靠近時(shí)自由使用SSM（速度和分離監(jiān)控 - 請(qǐng)參閱我最近關(guān)于該主題的博客），然后在有人靠近時(shí)切換到PFL模式。這樣的組合可以提供最大的生產(chǎn)力。但是，請(qǐng)注意，有時(shí)僅將機(jī)器人放在籠子中可能會(huì)更有效率。

RIA R15.806中給出了功率受限協(xié)作應(yīng)用的驗(yàn)證方法（我不確定這是否與ISO PAS 5672相同）。需要1N的最小分辨率和1KHz的帶寬。YouTube上有視頻，似乎顯示機(jī)器人超過了這些限制。

最后警告 – 無論機(jī)器人/協(xié)作機(jī)器人內(nèi)置的功能如何，應(yīng)用程序都決定了一切。如果機(jī)器人拿著刀或雜耍炸藥PFL不足以拯救你，你需要一種不同形式的安全（也許是不同的工作場(chǎng)所）。

AGV/AMR/IMR和其他移動(dòng)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)沒有這樣的限制，但如果它們能與人碰撞，那么應(yīng)用相同的限制似乎是合乎邏輯的，也許專注于小腿和小腿。

EN 16005涵蓋自動(dòng)門與ISO 10218 / ISO TS 15066中的限制相似，如果相對(duì)邊緣之間的間隙為<400mm，則限制為200N，如果間隙為>1400mm，則限制為500N。

ISO 13482個(gè)人護(hù)理機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)也談到了限制，這表明要求延伸到工業(yè)機(jī)器人之外。

我還看到了新標(biāo)準(zhǔn)的草案，ISO / DIS 21260，標(biāo)題為“機(jī)械安全 - 移動(dòng)機(jī)械或機(jī)械與人員運(yùn)動(dòng)部件之間物理接觸的機(jī)械安全數(shù)據(jù)”，該標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO 13849-1或IEC 62061限制接觸條件的傳感器和控制系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)在附錄C中還包含一個(gè)家用AGV的很好的例子。

圖4 - X軸上具有聲通道的ADXL195加速度計(jì)

我了解了加速度計(jì)的功能安全性，一個(gè)明顯的問題是加速度計(jì)是否在這一領(lǐng)域有用。那么問題就變成了，你能知道你撞到某物的力度有多大（你減速的強(qiáng)度有多大），甚至只是你是否及時(shí)撞到了某物以停止并可能倒車。這種汽車目標(biāo)部件還可以在減速開始之前測(cè)量保險(xiǎn)杠中任何變形的噪音（在汽車中可能效果更好）。如果我沒記錯(cuò)的話，響應(yīng)時(shí)間是 2 毫秒，安全氣囊展開需要在 30 毫秒內(nèi)完成。對(duì)于以5公里<行駛的mobot來說，30ms是大量的時(shí)間，2ms代表2.7mm的向前運(yùn)動(dòng)。有趣的是，像這樣的傳感器以與汽車前部成45度角安裝在汽車中。因此，全正面碰撞應(yīng)導(dǎo)致 X 軸積極響應(yīng)，Y軸負(fù)響應(yīng)，但數(shù)量相同。通過這種方式，您可以分辨出撞擊發(fā)生的方向并展開安全氣囊。對(duì)于一個(gè)mobot，我想你會(huì)停止移動(dòng)或倒車。對(duì)于非常高的機(jī)器人，我相信如果碰撞發(fā)生在地面附近的激光掃描儀未檢測(cè)到的架空架子上，這也應(yīng)該有效。

ISO 5672的最新草案給出了一些可能發(fā)生意外影響的很好的例子，包括：

當(dāng)有人認(rèn)為機(jī)器人試圖撿起的物體未對(duì)齊時(shí)，他們會(huì)把手伸到機(jī)器人抓手下面。然后，它們的手可以在夾具和桌子之間或夾持器本身內(nèi)被壓碎。

有人躲進(jìn)去撿起機(jī)器人掉落的東西，當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)時(shí)被機(jī)器人擊中背部

有人在移動(dòng)機(jī)器人翻車之前沖進(jìn)去撿東西

所有這些似乎都是完全合理的，事實(shí)上，人性使它們難以避免，因此需要安全功能。

審核編輯：郭婷