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如何确保工业机器人安全可靠的运行

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2023/3/10     浏览次数:    





工业机器人风险评估



针对机械设备的危险因素,相关国际和国内标准都提出了一套系统的流程,目的在于选择并采用合适的安全措施来降低或根除风险。 



工业机器人危险识别 

为了预防或减少机器人造成的伤害,必须先识别机器人岗位上发生的常见危险,使在进行机器人及其系统设计和风险评估时,便于危险的识别和分析。对于工业机器人及其系统,其危险源并不相同,常见的危险源主要包括:设施失效或故障、机械部件运动、储能或动力源、危险气体、材料或条件、有噪声引起的危险、干扰产生的危险、人为差错产生的危险(包括设计、制造、安装、试运行、测试、编程、验证、维护等)、机器人系统或辅助部件的移动、搬运或更换等。



工业机器人风险评估

风险与特殊情况或技术开发过程中所考虑的危险有关,它是该危险可能伤害的严重度和伤害出现的概率及避免或限制伤害的可能性函数。为了支持机器人风险评估过程,有很多有效的风险评估工具,使用者可根据不同的机器人采用不同的评价工具。工业机器人一般推荐采用数值评分法,用一个具体数值代表可接受的风险水平,能够为风险减少提供关键依据。




机器人控制系统安全设计



控制系统是机器人的核心,保证控制系统正常、稳定的工作是安全功能实现的关键,然而控制系统的性能和稳定性往往是相互制约的,如果要更好地、更安全的完成机器人的控制工作,必须在两者之间有所平衡,从安全控制的角度,机器人控制系统设计应该满足下几点:

  

成熟稳定的开发平台

采取成熟、稳定的和规范化的软件开发平台,满足安全功能相关参数的配置和软件编程。  



可扩展、互操作  

开发型的控制系统,安全模块和安全器件可自由添加,具备可扩展性、互操作性。  



实时性、可靠性

实时性好,能够及时处理外围的安全相关任务。高可靠性是复杂机器人控制技术的首要解决问题之一,只有解决了控制系统的可靠性才能解决工业机器人技术发展带来的不确定因素。




机器人不同状态下安全停止功能的实现策略


当一个外部信号触发或异常状态发生时,机器人应该以合适的方式停止下来,采用何种制动方式主要从风险分析的角度,综合考虑机器人安全、性能等方面因素来最终确定


1、伺服驱动供电电源断开时主要有以下几种可能:  

  


外部电源断开

外部电源断开,例如工厂突然断电等。



接触器线圈断开

接触器线圈断开,主要原因可能是接触器故障,安全回路故障等。此时如果机器人伺服系统处于使能或运行状态,控制系统检测到主电源断开信号后,按照一般的处理过程,伺服应该立即关断电机抱闸后再切断伺服使能输出,相当于触发了紧急制动过程,但因电机抱闸本身的延迟,根据机器人当前的位置姿态及速度等因素不可避免带来了一定程度的跌落问题。




机器人控制系统可控报警时



当机器人控制系统报警后,机器人立即制动停止,采用哪种制动停止方式要看报警的类型,从伺服系统的角度,主要分为可控报警和不可控报警,它们的区别如下:   

  


可控报警

报警时伺服系统使能输出未关断、电机是可控的、严重程度相对较低的报警,如输入缺相、位置超限等。 



不可控报警

报警时伺服系统使能输出立即关断、电机是不可控的、严重程度较高的报警,如电机过流、编码器故障、伺服过载等。




机器人伺服系统不可控报警时


此时可能危险源主要来自于机械部件的高速运动和制动后可能产生的跌落情况,根据风险评估的分析过程,严重度、伤害的出现的概率、避开的可能性分别属于S2(严重损伤)、E2(不频繁暴露)、A1(可能避免),一般需采用可靠的安全控制和安全围栏避免,但伤害出现的概率相对较低,下面进一步分析如何降低此危险。


如果缺少动态制动的过程,电机不会很快停止,在负载和速度较大时将产生一定跌落,且仅紧急制动将加重电机抱闸的磨损,影响使用寿命。


与可控报警相同,也需要由安全回路断开主电源。




机器人系统安全功能试验方法


  


功能测试的常用方法

功能测试的常用方法为黑盒测试,即把系统功能看作一个不能打开的黑盒子,在完全不考虑系统内部架构和内部特性的情况下,在系统功能接口进行测试。机器人功能测试只需检查系统功能是否按照功能需求的说明正常使用,控制系统是否能适当地接收输入信号并进行正确的动作,黑盒测试更多的时候是从用户的角度出发,从输入数据与输出结果的对应关系出发进行测试的。很明显,如果控制系统本身设计有问题,用黑盒测试方法是发现不了的。



测试的步骤

首先准备好相关文档,理解需求,并且对机器人系统要实现的功能充分准确理解,了解实际操作步骤及环境条件,然后着手制定试验的测试步骤

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