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近日，北美領(lǐng)先的機(jī)器人貿(mào)易組織機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(RIA)，與職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)和國家職業(yè)安全與健康研究所(NIOSH)簽署了聯(lián)盟伙伴關(guān)系。
該聯(lián)盟將促進(jìn)RIA成員、OSHA、NIOSH、雇主和工人之間關(guān)于工業(yè)機(jī)器人危險(xiǎn)防范、人機(jī)協(xié)作裝置和系統(tǒng)等新興技術(shù)的交流，有助于分享工作中如何有效實(shí)現(xiàn)工作場所與機(jī)器人系統(tǒng)之間的互動等安全控制問題。
聯(lián)盟的參與者還將合作開發(fā)職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)、資源和工具，為職業(yè)技術(shù)人員、NIOSH研究人員、雇主和工人提供技術(shù)培訓(xùn)。
新聯(lián)盟的成立將機(jī)器人安全的問題再一次置于聚光燈之下。
加入“就業(yè)大軍”的機(jī)器人并不安全
近年來，工業(yè)機(jī)器人開始進(jìn)入新的工作環(huán)境，比如輕工業(yè)、倉儲物流以及農(nóng)業(yè)。更有趣的是，美國一家初創(chuàng)企業(yè)還能利用人工和機(jī)器人協(xié)作制作披薩，其中機(jī)器人會執(zhí)行一些高度重復(fù)的任務(wù)，比如噴灑調(diào)料、搭配番茄醬、把披薩放入烤箱等；而人類主要負(fù)責(zé)食材準(zhǔn)備、配方開發(fā)、口味測試等工作。
最近的一項(xiàng)調(diào)查中，英國和美國94%的企業(yè)表示，他們已經(jīng)接受機(jī)器人，或認(rèn)為未來機(jī)器人不可或缺。
從廣義上講，主要有兩類機(jī)器人正在進(jìn)入勞動力市場：傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人。
前者是誕生于上世紀(jì)60年代初的龐然大物，當(dāng)時(shí)，通用汽車在新澤西州的一家工廠安裝了第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人。它們以單向的方式與人類進(jìn)行交互——操作指令輸入，機(jī)器人跟隨指令。
相比之下，協(xié)作型機(jī)器人被設(shè)計(jì)成與人類在同一空間工作，執(zhí)行機(jī)械任務(wù)，并對周圍發(fā)生的事情做出反應(yīng)。
一項(xiàng)對OSHA的事故報(bào)告的調(diào)查顯示，自1984年以來，已經(jīng)發(fā)生了38起與機(jī)器人相關(guān)的事故。在38起事件中，有27起導(dǎo)致工人死亡。根據(jù)美國勞工局統(tǒng)計(jì)，美國總共有4585名工作人員死于涉及機(jī)器人的事故中。
可以發(fā)現(xiàn)，這些事故均涉及到被關(guān)在“籠子”中的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，并且，許多事故發(fā)生在維修期間，工人們有時(shí)不得不進(jìn)入圍欄內(nèi)進(jìn)行單元測試和故障查找。
據(jù)悉，最近在印度和德國也發(fā)生了兩起死亡事件，涉及工業(yè)機(jī)器人的工人傷亡再次引發(fā)了人們對機(jī)器人勞動力的擔(dān)憂。而實(shí)際上，這些發(fā)生在大型機(jī)器人制造汽車過程中的悲劇，都是可以避免的。
目前，業(yè)內(nèi)還暫未聽說過任何涉及協(xié)作機(jī)器人的嚴(yán)重傷害事件。協(xié)作機(jī)器人不依賴籠子進(jìn)行隔離這一安全措施，而是使用力反饋和力傳感器，以及3D攝像機(jī)和激光雷達(dá)等來實(shí)現(xiàn)與人類的安全互動。
總的來說，協(xié)作機(jī)器人擁有輕量的機(jī)械臂和末端執(zhí)行器，這樣可減少人們在與機(jī)器人接觸時(shí)受到嚴(yán)重傷害的風(fēng)險(xiǎn)。
機(jī)器人行業(yè)主要涉及的安全規(guī)范
關(guān)于工業(yè)機(jī)器人安全的記錄可以追溯到第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人被安裝的1961年，而正如RIA會長Jeff Burnstein所說，RIA在促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人安全技術(shù)的發(fā)展上已有長時(shí)間的積累，他們在1986年推出了第一個(gè)美國國家機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)R15.06?！?/p>
這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在2013年進(jìn)行了更新，如今與國際ISO的10218：2011標(biāo)準(zhǔn)一致，標(biāo)準(zhǔn)中還確定了另一核心問題是安全額定范圍內(nèi)的軟軸及空間限制技術(shù)。
在市場上銷售的機(jī)器人必須要遵守各種各樣的設(shè)計(jì)與安全規(guī)范，涉及機(jī)器人行業(yè)的安全規(guī)范還有以下幾項(xiàng)：
IEC EN 61508 《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》，該標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)安全領(lǐng)域的通用標(biāo)準(zhǔn)，既可以用作編寫細(xì)分領(lǐng)域安全標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，也可以在沒有專用安全標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)域中直接應(yīng)用。
IEC 60204-1 《 機(jī)械安全 機(jī)器電氣設(shè)備 第1部分 一般要求》提出了安全停止的三大類別。
IEC61800-5-2，對應(yīng)國標(biāo)號為GB/T 12668.5.2 《可調(diào)速的電動設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。第5-2部分： 功能安全要求》。該標(biāo)準(zhǔn)主要針對安全編碼器、安全伺服驅(qū)動器(STO、SOS、SLS、SBC、Safety Stop 1/2等功能)、伺服電機(jī)等系統(tǒng)提出了功能安全要求。
2011年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO公布了ISO 10218“工業(yè)機(jī)器人安全要求”。此為最新的機(jī)器人安全規(guī)范，ISO10218-1規(guī)定了機(jī)器人在設(shè)計(jì)和制造時(shí)應(yīng)遵循的安全原則；ISO10218-2規(guī)定了在機(jī)器人的集成應(yīng)用、安裝、功能測試、編程、操作、維護(hù)以及維修時(shí)，對人身安全的防護(hù)原則。
2016年2月，ISO正式出版了“在操作人員與機(jī)器人協(xié)作工作時(shí)，如何確保操作人員安全的技術(shù)指南”——ISO/TS 15066，這是專門針對協(xié)作機(jī)器人編寫的安全規(guī)范，同時(shí)也是ISO 10218-1和ISO 10218-2關(guān)于協(xié)作機(jī)器人操作內(nèi)容的補(bǔ)充。ISO/TS 15066可以作為機(jī)器人系統(tǒng)集成商在安裝協(xié)作型機(jī)器人時(shí)做“風(fēng)險(xiǎn)評估”的指導(dǎo)性和綜合性文件。
ISO 15066的出現(xiàn)，為機(jī)器人行業(yè)解答了幾個(gè)問題，包括如何定義人機(jī)協(xié)作行為；如何量化機(jī)器人可能對人造成的傷害；在以上基礎(chǔ)上，對協(xié)作機(jī)器人的設(shè)計(jì)有什么要求等。
反觀我國國內(nèi)，目前還沒有制定出針對機(jī)器人的安全標(biāo)準(zhǔn)。
機(jī)器人安全性能整體偏低
產(chǎn)品的總體安全性評價(jià)指標(biāo)包括產(chǎn)品本身的安全等級、環(huán)境的限制條件以及人們對安全性的期望水平。
同理，機(jī)器人自身通過了什么等級的安全認(rèn)證，使用者是否按照規(guī)范操作，人們是否充分認(rèn)識并接受機(jī)器人的危險(xiǎn)性，都是評價(jià)一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)是否安全時(shí)需要考慮的重要因素。
珞石科技聯(lián)合創(chuàng)始人韓峰濤表示，各大機(jī)器人廠商的機(jī)器人都配備有各自的安全技術(shù)，例如ABB的SafeMove，F(xiàn)anuc的DCS，KUKA的KUKA.safe，但其安全功能本身還比較初級，例如將物理的圍欄換成了虛擬圍欄、檢測到有人靠近時(shí)自動停止，仍然不算是完整的協(xié)作安全技術(shù)。
國外的協(xié)作機(jī)器人廠商也僅有優(yōu)傲和ABB等表示能夠在安全性上保證符合標(biāo)準(zhǔn)，可見目前機(jī)器人的安全性總體上還處于非常低的水平。
對于此現(xiàn)狀，一位業(yè)內(nèi)人士指出，主要是通過ISO/TS 15066認(rèn)證的成本太高，從市場的逐利性來看不劃算，除了歐美等大公司對安全性有硬性要求外，其他機(jī)器人企業(yè)就“睜一只眼閉一只眼”了。
韓峰濤直言不諱，國內(nèi)對機(jī)器人的功能性更為注重，而對于機(jī)器人的安全性能不太重視，即使機(jī)器人具備碰撞檢測功能，那也只算錦上添花而已。
也有人認(rèn)為機(jī)器人的安全性不高在于“人”的問題，“國外的管理者自我保護(hù)意識很強(qiáng)，而國內(nèi)中小型企業(yè)的管理者，其意識偏弱。”他認(rèn)為，協(xié)作機(jī)器人用在工業(yè)上，感覺就是就是舞蹈家綁上了小腳跳舞，限制很大。
除此之外，國內(nèi)機(jī)器人安全性較低的一個(gè)很重要的原因是，國內(nèi)做安全事務(wù)的人才大部分集中在航天、軍事、自動化儀表等行業(yè)，而在機(jī)器人領(lǐng)域的比較少。
多重因素之下，就導(dǎo)致國內(nèi)協(xié)作機(jī)器人在安全性技術(shù)上比較缺乏，國內(nèi)目前尚未有通過安全認(rèn)證的工業(yè)機(jī)器人。
針對協(xié)作機(jī)器人的安全性問題，一位系統(tǒng)集成商人士表示，到目前為止對協(xié)作機(jī)器人依然沒有信心，協(xié)作機(jī)器人需要能證明其保證100%的絕對安全，否則不能進(jìn)行人機(jī)協(xié)作。他還指出：“我們做生產(chǎn)線一般是考慮做‘防自殺’式防護(hù)，也就是說員工現(xiàn)在生產(chǎn)線上自殺也得想辦法防止住。”
可見，機(jī)器人必須足夠智能，才能加強(qiáng)機(jī)器人本身的安全性能，同時(shí)避免人類因自身的操作失誤而造成的不安全。配天機(jī)器人副總經(jīng)理索利洋也表達(dá)了自己的看法：“如果要保證安全，不是一兩個(gè)技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)的，從系統(tǒng)架構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)，再到硬件、軟件以及算法，冗余安全鏈路控制等等都需要技術(shù)過關(guān)?！?/p>
“安全”+“智能”=機(jī)器人的未來
人機(jī)協(xié)作，是要讓人和機(jī)器人共存，機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)，人來管理機(jī)器人。工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)，智能化的發(fā)展，其最終目的就是要把操作工提升為工程師來管理更多的機(jī)器人，以創(chuàng)造更多的產(chǎn)能，而不是簡單的用機(jī)器人將人員取代。
可以預(yù)見，人機(jī)協(xié)作的未來需要機(jī)器人自身在智能性和靈活性上有較大發(fā)展，主要集中在：
主動的安全探測手段，例如3D視覺，多線激光雷達(dá)等，用來代替被動的傳感器(編碼器，光柵，人工皮膚)；
更高級的環(huán)境感知與決策算法，可以使用上述傳感器來判斷復(fù)雜環(huán)境下的人機(jī)關(guān)系并做出符合要求的決策；
更靈活的運(yùn)動控制和關(guān)節(jié)制造技術(shù)，例如阻抗控制與可變剛度關(guān)節(jié)。
這一系列技術(shù)的進(jìn)步勢必會推動機(jī)器人安全性能的提升，本質(zhì)安全將是理想機(jī)器人的必備且基礎(chǔ)的特征。協(xié)作機(jī)器人最終將變成一個(gè)過渡概念，隨著技術(shù)的發(fā)展，未來所有的機(jī)器人都應(yīng)該具備與人類一起安全的協(xié)同工作的特性。
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