在必須滿足高生產率要求的行業中，工業機器人隨處可見。 然而，機器人的使用需要設計、應用和實施適當的安全控制，以避免對生產人員、程序員、維護專家和系統工程師造成危害。
為什麼工業機器人很危險？
機器人的一種定義是“可自由編程並且能夠在很少或沒有人機界面的情況下操作的移動自動機器”。 這些類型的機器目前廣泛用於工業和醫學領域，包括培訓。 工業機器人越來越多地用於關鍵功能，例如復雜裝置中的新製造策略（CIM、JIT、精益生產等）。 它們的應用數量和廣度以及設備和安裝的複雜性導致如下危險：
- 幾乎不可能遵循的運動和運動順序，因為機器人在其作用半徑內的高速運動經常與其他機器和設備的運動重疊
- 由飛行部件或能量束引起的能量釋放，例如激光或水射流發射的能量
- 在方向和速度方面的自由可編程性
- 易受外部錯誤影響（例如，電磁兼容性）
- 人為因素。
日本的調查表明，超過 50% 的機器人工作事故可歸因於控制系統電子電路的故障。 在同一調查中，“人為錯誤”所佔比例不到 20%。 這一發現的邏輯結論是，人類採取的行為措施無法避免由系統故障引起的危害。 因此，設計者和運營商需要提供和實施技術安全措施（見圖 1）。
圖 1. 用於設置移動焊接機器人的專用操作控制系統
事故和操作模式
涉及工業機器人的致命事故在 1980 世紀 XNUMX 年代初開始發生。 統計和調查表明，大多數事件和事故都不是在正常運行中發生的（相關任務的自動完成）。 在使用工業機器人機器和裝置時，重點是特殊的操作模式，例如調試、設置、編程、試運行、檢查、故障排除或維護。 在這些操作模式下，人員通常處於危險區域。 安全概念必須保護人員在這些類型的情況下免受負面事件的影響。
國際安全要求
1989 年 EEC 機械指令 (89/392/EEC)（參見本章中的“CNC 機床安全原則”一文和本章其他部分 百科全書)) 確立了機器的主要安全和健康要求。 機器被認為是相互連接的零件或裝置的總和，其中至少有一個零件或裝置可以移動並具有相應的功能。 就工業機器人而言，必須注意整個系統，而不僅僅是機器上的單個設備，必須符合安全要求並配備適當的安全裝置。 危害分析和風險評估是確定是否滿足這些要求的合適方法（見圖 2）。
圖 2. 人員安全系統框圖
正常運行的要求和安全措施
機器人技術的使用對危險分析、風險評估和安全概念提出了最高要求。 因此，以下示例和建議只能作為指南：
1. 鑑於必須防止手動或物理進入涉及自動移動的危險區域的安全目標，建議的解決方案包括以下內容：
- 通過機械屏障防止人工或物理進入危險區域。
- 使用那種在接近時會做出反應的安全裝置（光柵、安全墊），並在接近或進入時注意安全地關閉機器。
- 僅當整個系統處於安全狀態時才允許手動或物理訪問。 例如，這可以通過在檢修門上使用帶有關閉機構的聯鎖裝置來實現。
2. 考慮到沒有人因能量釋放（飛行部件或能量束）而受傷的安全目標，建議的解決方案包括：
- 設計應防止任何能量釋放（例如，相應尺寸的連接、用於夾持器更換機構的被動夾持器聯鎖裝置等）。
- 防止能量從危險區域釋放，例如，通過相應尺寸的安全罩。
3. 正常操作和特殊操作之間的接口（例如，門聯鎖裝置、光柵、安全墊）是使安全控制系統能夠自動識別人員存在的必要條件。
特種作業方式要求及安全措施
工業機器人上的某些特殊操作模式（例如，設置、編程）需要必須在操作現場直接評估的運動。 相關的安全目標是任何運動都不會危及相關人員。 動作應該是
- 只有預定的樣式和速度
- 僅按照指示延長
- 只有在保證人體無任何部位處於危險區內才可進行的作業。
針對此目標的建議解決方案可能涉及使用特殊的操作控制系統，該系統僅允許使用可確認的控件進行可控和可管理的運動。 因此可以安全地降低運動速度（通過連接隔離變壓器或使用故障安全狀態監控設備來降低能量），並且在允許激活控制之前確認安全條件（見圖 3）。
圖 3. 帶物料門的安全籠中的六軸工業機器人
對安全控制系統的要求
安全控制系統的特徵之一必須是在出現任何故障時保證所需的安全功能正常工作。 工業機器人機器應該幾乎瞬間從危險狀態引導到安全狀態。 實現這一目標所需的安全控制措施包括以下安全目標：
- 安全控制系統中的故障可能不會觸發危險狀態。
- 必須（立即或定期）識別安全控制系統中的故障。
提供可靠安全控制系統的建議解決方案是：
- 包括測試電路在內的機電控制系統的冗餘和多樣化佈局
- 由不同團隊開發的微處理器控制系統的冗餘和多樣化設置。 這種現代方法被認為是最先進的； 例如，帶有安全光柵的那些。
工業機器人建造和使用的安全目標。
在製造和使用工業機器人時，製造商和用戶都需要安裝最先進的安全控制裝置。 除了法律責任方面，還可能有道德義務確保機器人技術也是一種安全技術。
正常運行模式
機器人機器在正常模式下運行時，應提供以下安全條件：
- 機器人的運動區域和外圍設備使用的加工區域必須以防止人員手動或物理進入由於自動運動而產生危險的區域的方式進行保護。
- 應提供保護，以免飛出的工件或工具造成損壞。
- 由於夾持器故障、夾持器電源故障、不允許的速度、碰撞或工件故障，機器人彈出的零件、工具或工件或能量釋放不得傷害任何人。
- 能量釋放或外圍設備彈出的零件不會傷害任何人。
- 進料孔和出料孔的設計必須能夠防止手動或物理進入因自動運動而產生危險的區域。 移除生產材料時也必須滿足此條件。 如果生產材料自動送入機器人，則進料和取出孔以及移動的生產材料不會產生危險區域。
特殊操作模式
當機器人機器在特殊模式下運行時，應提供以下安全條件：
對生產過程中的故障進行整改，必須防止：
- 由於機器人或外圍設備的自動移動，手動或物理進入危險區域
- 如果人員或身體部位處於暴露於危險運動的區域，則由系統部分的錯誤行為或不允許的命令輸入引起的危險
- 由生產材料或廢品的移動或移除引發的危險移動或情況
- 外圍設備造成的傷害
- 必須在移除正常操作的安全防護裝置的情況下進行的運動，只能在操作範圍和速度內進行，並且只能按照指示進行。 此外，任何人或身體部位不得出現在危險區域。
在安裝過程中應確保以下安全條件：
錯誤的命令或不正確的命令輸入不會引發危險運動。
- 機器人機器或外圍部件的更換不得引發任何危險運動或情況。
- 如果在進行設置操作時必須在移除正常操作的安全防護裝置的情況下進行移動，則此類移動只能在指定的範圍和速度內進行，並且只能在指示的時間內進行。 此外，任何人或身體部位不得出現在危險區域。
- 在設置操作期間，外圍設備不得進行任何危險運動或引發任何危險情況。
在編程期間，以下安全條件適用：
- 必須防止手動或物理進入因自動運動而產生危險的區域。
- 如果在移除正常操作的安全防護裝置的情況下進行運動，則必須滿足以下條件：
- (a) 只能執行移動命令，並且只能在命令發出後執行。
- (b) 只能進行可控的運動（即，它們必須是清晰可見的低速運動）。
- (c) 只有在不對程序員或其他人構成危害的情況下，才可以開始運動。
- 外圍設備不得對程序員或其他人造成危害。
安全測試操作需要以下預防措施：
防止人工或物理進入因自動運動而產生危險的區域。
- 外圍設備不得成為危險源。
檢查機器人機器時，安全程序包括以下內容：
- 如果出於檢查目的需要進入機器人的運動範圍，只有在系統處於安全狀態時才允許這樣做。
- 必須防止由系統部分的錯誤行為或不允許的命令輸入引起的危險。
- 外圍設備不得成為檢查人員的危險源。
故障排除通常需要在處於潛在危險狀態時啟動機器人機器，並且應實施如下特殊的安全工作程序：
- 必須防止進入因自動運動而產生危險的區域。
- 必須防止由於錯誤命令或錯誤命令輸入而導致驅動單元啟動。
- 在處理有缺陷的部件時，必須防止機器人的所有動作。
- 必須防止因機器零件彈出或掉落而造成的傷害。
- 如果在故障排除期間必須在移除正常操作的安全防護裝置的情況下進行移動，則此類移動只能在規定的範圍和速度內進行，並且只能按照指示進行。 此外，任何人或身體部位不得出現在危險區域。
- 必須防止外圍設備造成的傷害。
排除故障和維護工作也可能需要在機器處於不安全狀態時啟動，因此需要採取以下預防措施：
- 機器人必須無法啟動。
- 必須可以手動或使用輔助設備處理各種機器部件，而不會暴露在危險中。
- 不得觸摸“帶電”的部件。
- 必須防止液體或氣體介質洩漏造成的傷害。
- 必須防止外圍設備造成的傷害。