淺談當(dāng)下工業(yè)機(jī)器人使用安全問(wèn)題

工業(yè)機(jī)器人是可編程的多功能機(jī)械設(shè)備，旨在通過(guò)可變的編程運(yùn)動(dòng)來(lái)移動(dòng)材料、零件、工具或?qū)Ｓ迷O(shè)備，以執(zhí)行各種任務(wù)。傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人通常用于執(zhí)行危險(xiǎn)、高度重復(fù)和勞動(dòng)強(qiáng)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(jī)床的加載和卸載功能、噴涂、噴涂等。機(jī)器人自運(yùn)用于產(chǎn)線，極大程度上提高了生產(chǎn)效率，隨著近年來(lái)，產(chǎn)業(yè)機(jī)器人得到迅猛發(fā)展，使用量逐步提升，運(yùn)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(jī)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(yīng)該引起重視。此前起亞、大眾等車企紛紛傳出機(jī)器人“殺人”事故，最近亞馬遜新澤西倉(cāng)庫(kù)發(fā)生一起機(jī)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(jī)器人傷人事件上，它又一次在機(jī)器人安全生產(chǎn)問(wèn)題上給我們敲響了警鐘。下面淺談當(dāng)下產(chǎn)業(yè)協(xié)作機(jī)器人安全生產(chǎn)相關(guān)內(nèi)容。

在人機(jī)交互的工作區(qū)域所使用協(xié)作機(jī)器人會(huì)導(dǎo)致許多危險(xiǎn)和傷害。部分機(jī)器人，特別是那些在傳統(tǒng)工業(yè)環(huán)境中的機(jī)器人，在擁有非常快的運(yùn)行速度的同時(shí)又匹配強(qiáng)大的動(dòng)力系統(tǒng)。這使得人機(jī)在交互作業(yè)過(guò)程中增加了受傷的可能性，而且機(jī)械臂揮動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中造成的往往是嚴(yán)重的人身傷害。當(dāng)機(jī)器人發(fā)生故障或需要維護(hù)時(shí)，還有其他風(fēng)險(xiǎn)。與機(jī)器人配合工作的工人可能會(huì)受傷，因?yàn)橥ǔo(wú)法預(yù)測(cè)發(fā)生故障的機(jī)器人，使用安全往往需極其謹(jǐn)慎并提前布局預(yù)防。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，目前56% 的協(xié)作機(jī)器人使用過(guò)程引發(fā)傷害被歸類為夾傷，44% 的傷害被歸類為撞擊傷。其中不合理的工作現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域設(shè)計(jì)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(jī)器人引發(fā)事故數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)線工人的受傷風(fēng)險(xiǎn)最大，受傷占比人員最大，其次是故障維護(hù)工人和調(diào)試程序員，長(zhǎng)期與機(jī)器人協(xié)作交互群體事故風(fēng)險(xiǎn)占了前3 位，機(jī)器人安全工作還任重道遠(yuǎn)！

人與協(xié)作機(jī)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(xiǎn)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(cuò)誤或不合理，未經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證；機(jī)器人設(shè)備未停機(jī)非法闖入機(jī)器人工作區(qū)域；機(jī)器人突發(fā)機(jī)械故障；作業(yè)環(huán)境差，干擾大；電源系統(tǒng)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(cuò)誤?？刂棋e(cuò)誤是內(nèi)在的，通常不可控也不可預(yù)測(cè)。當(dāng)不熟悉該區(qū)域的人員進(jìn)入機(jī)器人的工作運(yùn)行區(qū)域時(shí)，會(huì)出現(xiàn)碰撞危險(xiǎn)。機(jī)械故障隨時(shí)可能發(fā)生，并且故障單元通常是不可預(yù)測(cè)的。環(huán)境方面是可能導(dǎo)致機(jī)器人故障的環(huán)境中諸如電磁或無(wú)線電干擾之類的事物。動(dòng)力系統(tǒng)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(zāi)，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會(huì)導(dǎo)致固有的危險(xiǎn)，危險(xiǎn)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(jī)器人的安裝、維護(hù)和保養(yǎng)時(shí)切記將總電源關(guān)閉，同時(shí)設(shè)置警示牌并安排專人協(xié)助看護(hù)，作業(yè)人員及協(xié)助看護(hù)人員均需進(jìn)行專業(yè)系統(tǒng)培訓(xùn)，具備相應(yīng)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(dǎo)致心跳停止，燒傷或其他嚴(yán)重傷害。

1.2 斷開(kāi)動(dòng)力電

在故障診斷時(shí)，機(jī)器人有可能必須上電，但當(dāng)修復(fù)故障時(shí)，必須斷開(kāi)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān), 斷開(kāi)機(jī)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(jī)器人保持足夠的安全距離

在調(diào)試與運(yùn)行機(jī)器人時(shí)，他可能會(huì)執(zhí)行一些意外的或不規(guī)范的運(yùn)動(dòng)。所有的運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生很大的力量，而嚴(yán)重傷害個(gè)人或損壞機(jī)器人工作范圍內(nèi)的任何設(shè)備，所以應(yīng)時(shí)刻警惕并與機(jī)器人保持足夠的安全距離。考慮機(jī)器人運(yùn)行作業(yè)安全范圍的同時(shí)需同步注重機(jī)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(duì)有效性，安全柵欄與最大運(yùn)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(jī)器人運(yùn)行作業(yè)安全范圍

2   交互作業(yè)及維修注意事項(xiàng)

2.1 控制柜相關(guān)危險(xiǎn)因素

機(jī)器人工作時(shí)間，不允許倚靠控制柜、打開(kāi)控制柜的門，以防旁人誤觸碰。柜門必須具備報(bào)警裝置，在其被誤打開(kāi)時(shí)，必須強(qiáng)制停止機(jī)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(nèi)部電容完全放電后，才可維修，否則容易發(fā)生觸電事故。控制柜的主線纜均為高壓線纜，應(yīng)遠(yuǎn)離這些線纜以及線纜上的電氣器件，以防發(fā)生觸電事故。控制柜內(nèi)如有變壓器，應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離變壓器的周邊，以防發(fā)生觸電事故。即使控制柜的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)已關(guān)斷，也應(yīng)注意控制柜內(nèi)是否殘留有電流。不可隨意觸摸，拆卸控制柜內(nèi)器件。一定要注意，旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的是開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)關(guān)前面的儲(chǔ)能器件可能帶電，必要時(shí)請(qǐng)斷開(kāi)控制柜的電源。

2.2 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)6S點(diǎn)檢及危險(xiǎn)識(shí)別處理

作業(yè)需按要求穿著規(guī)定的工作服、安全靴、安全帽等安保用品。為確保場(chǎng)內(nèi)的安全，請(qǐng)張貼懸掛號(hào)“機(jī)械傷人”、“高壓危險(xiǎn)”、“外人勿進(jìn)”等提示標(biāo)語(yǔ)，配備好安全警示燈并認(rèn)真落實(shí)培訓(xùn)執(zhí)行監(jiān)督；認(rèn)真管理好控制柜，請(qǐng)勿隨意按下按鈕。勿用力搖晃機(jī)器人及在機(jī)器人上懸掛重物。在機(jī)器人周圍，不允許有危險(xiǎn)行為如嬉戲打鬧。時(shí)刻注意安全。需注意現(xiàn)場(chǎng)6S 管理，工作區(qū)域不得出現(xiàn)積水、油污情況，雜物、易燃易爆物品不得放置在機(jī)器人工作區(qū)域內(nèi)，注意清潔。日常操作發(fā)現(xiàn)安全護(hù)欄、保護(hù)裝置出現(xiàn)損壞的，日常點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)緊急開(kāi)關(guān)按鈕失效，安全插座及氣缸運(yùn)行不穩(wěn)定的情況，警示燈或警示標(biāo)牌破損或運(yùn)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(shè)備運(yùn)行，立即與安全管理人員及設(shè)備維護(hù)人員聯(lián)系，將異常處理完畢再啟動(dòng)機(jī)器，避免“帶病”作業(yè)。

圖2 安全標(biāo)語(yǔ)

3   機(jī)器人重點(diǎn)安全防護(hù)裝置

3.1 工作區(qū)域防闖入研究應(yīng)用

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

3.2 急停開(kāi)關(guān)

操作機(jī)器人前，先按下機(jī)器人電控柜前門上的急停鍵，并確認(rèn)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(xiàn)危及人員或設(shè)備的情況，必須按下緊急關(guān)斷按鈕，若需繼續(xù)運(yùn)行，則必須旋轉(zhuǎn)緊急關(guān)斷按鈕將其解鎖，并對(duì)停機(jī)信息進(jìn)行確認(rèn)，急停按鈕一般位于在電柜的前門，使用前需提前掌握該信息再操作信息。

3.3 運(yùn)行方式選擇開(kāi)關(guān)

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

4   點(diǎn)動(dòng)運(yùn)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(diào)試，程序調(diào)試沒(méi)有問(wèn)題，才可以在自動(dòng)模式下運(yùn)行程序。手動(dòng)模式下運(yùn)行程序稱為點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行程序。自動(dòng)運(yùn)行程序與點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行程序不同之處在于：自動(dòng)運(yùn)行程序通過(guò)點(diǎn)擊“Start”按鍵運(yùn)行程序，手動(dòng)運(yùn)行程序要求一直按住“Start”按鍵運(yùn)行程序，松開(kāi)“Start”按鍵，機(jī)器人停止運(yùn)行。手動(dòng)運(yùn)行程序更加安全，因?yàn)樵谑謩?dòng)模式下機(jī)器人運(yùn)行速度有更嚴(yán)格的限制。需程序應(yīng)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(jī)械終端限位

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

圖4 機(jī)械終端限位

表2 機(jī)械終端限位相關(guān)參數(shù)

6   軟件限位開(kāi)關(guān)

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

7   其他重點(diǎn)需注意事項(xiàng)

7.1 不帶剎車的機(jī)器人安全防范措施

機(jī)器人在不帶剎車功能的情況下使用時(shí)，在加負(fù)載失電斷使能時(shí)，由于自重及負(fù)載會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人機(jī)械臂會(huì)往下掉，對(duì)于J1 軸在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，控制系統(tǒng)被人為停止或系統(tǒng)故障后強(qiáng)迫伺服被關(guān)閉的情況下，會(huì)因機(jī)械轉(zhuǎn)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(xiǎn)隱患。所以機(jī)器人在選用不帶剎車的電機(jī)時(shí)，必須對(duì)機(jī)器人作相應(yīng)的安全防護(hù)措施，操作人員必須注意。在操作不帶剎車的機(jī)器人時(shí)，在操作前，首先進(jìn)行動(dòng)作確認(rèn)，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(jī)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。將電柜前門的主電源開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至“OFF”一側(cè)時(shí)，主電源就會(huì)被切斷。不帶剎車的機(jī)器人運(yùn)行情況下嚴(yán)禁隨意闖入其工作區(qū)域，謹(jǐn)防發(fā)生意外危險(xiǎn)。

7.2 安裝

在設(shè)計(jì)選用階段應(yīng)盡可能全面的考慮，先通過(guò)軟件仿真現(xiàn)場(chǎng)位置，得出機(jī)器人的最佳安裝位置，包括安裝高度等因素。選擇一個(gè)區(qū)域安裝機(jī)器人，并確認(rèn)此區(qū)域足夠大，以確保裝有工具的機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)碰著墻、安全欄或電控柜。否則可能會(huì)因機(jī)器人產(chǎn)生未預(yù)料的動(dòng)作而引起人身傷害或設(shè)備損壞。

安裝機(jī)器人將其放在穩(wěn)固的平面上。針對(duì)各種機(jī)器人，應(yīng)按說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的螺栓大小及類型來(lái)安裝機(jī)器人，確保機(jī)器的高速運(yùn)行下的穩(wěn)定性。在進(jìn)行機(jī)器人電控柜與機(jī)器人、外圍設(shè)備間的配線及配管時(shí)須采取防護(hù)措施，如將線、管或電纜從坑內(nèi)穿過(guò)或者加保護(hù)蓋予以遮蓋，以免被人踩壞或因被叉車等工具作業(yè)輾壓而損壞。

機(jī)器人的應(yīng)用日益廣泛, 以前勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗費(fèi)人力、污染大、高危崗位等慢慢都使用機(jī)器人替代。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，會(huì)有更多形式的機(jī)器人應(yīng)用到更多的崗位，這些機(jī)器人比現(xiàn)有技術(shù)機(jī)器人或存在更大的危險(xiǎn)性。為保證使用安全，安全專業(yè)人員必須對(duì)使用機(jī)器人有關(guān)的危險(xiǎn)性進(jìn)行充分的預(yù)測(cè)、識(shí)別、評(píng)價(jià)和進(jìn)行控制。使用機(jī)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(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。機(jī)器人使用安全還需持續(xù)重點(diǎn)關(guān)注。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王春.淺談工業(yè)機(jī)器人的安全生產(chǎn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(34):1.

[2] 趙志瑛.工業(yè)機(jī)器人安全分析[J].兵工安全技術(shù),1997(5):31-33.

[3] 吳海彬,彭愛(ài)泉,何素梅.基于危險(xiǎn)指數(shù)最小化的機(jī)器人安全運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2015,51(9):10.

[4] 廖常浩,吳洪清,萬(wàn)今明.工業(yè)機(jī)器人急停裝置的安全評(píng)估[J].機(jī)電技術(shù),2017(5):5.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年2月期）