服务机器人基础 课件 项目5 认识服务机器人操作规范

项目5认识服务机器人操作规范目录CONTENTES项目导入1学习目标2知识链接3动手实践4项目评价5项目小结6项目习题7

早在1942年，美国科幻巨匠阿西莫夫就提出“机器人三定律”：机器人不得伤害人类，或坐视人类收到伤害；除非违背第一法则，机器人必须服从人类的命令；在不违背第一及第二法则下，机器人必须保护自己。因此，服务机器人研发和应用的最首要原则是要确保机器人的安全，其中包括机器人本身应有的一系列安全规范和保护措施，以及使用人员应当注意的安全操作规范。那么，如何保证研发出来的服务机器人是安全的？如何保证服务机器人的性能指标呢？本项目将带领大家来一起学习服务机器人的安全操作规范相关知识。【项目导入】【学习目标】1.了解机器人安全总则的基本内容。2.了解国内机器人标准概况以及服务机器人相关的安全标准。3.掌握服务机器人常见安全标识及其含义。4.了解服务机器人操作规范，能够正确操作服务机器人。【知识链接】5.1机器人安全总则2019年10月18日，国家标准《机器人安全总则》（GB/T38244-2019）由中华人民共和国国家市场监督管理总局、中华人民共和国国家标准化管理委员会发布，并于2020年5月1日正式实施。该标准明确定义了机器人、安全、风险分析和机械安全等术语，阐述了机器人的总则，包括基本原则、设计原则、风险评估和风险减少等内容。同时，在机械安全、电气安全、控制系统安全和信息安全等方面提供了指导规范。这一标准的实施为我国机器人制造业提供了研发依据，为机器人行业的健康有序发展指明了方向。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.1基本原则国家标准《机器人安全总则》（GB/T38244-2019）明确提到机器人安全基本原则如下：1.机器人产生的伤害应控制在可接受的范围内。2.应通过本质安全设计措施减小或消除伤害。3.如通过本质安全涉及措施消除或充分减小与其相关的伤害不可行，则应使用安全防护和补充保护措施来减小伤害。4.通过本质安全设计措施、安全防护和补充保护措施不能减小的遗留伤害应采取使用信息和培训来减小。5.即使机器人不受控制也不应产生伤害，否则应对其进行隔离或强迫其停止运动。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.2设计原则机器人安全性设计原则如图所示。其基本要求如下：安全性设计原则示意图设计时首先消除风险，无法消除时应选择设计方案以降低风险至可接受水平。应采用永久性、自动或其他安全防护装置，以减少风险至可接受水平。使用告警装置检测或标识危险，并发出明显的告警信号。制定专门规程确保机器人安全操作，包括个人防护装置的正确使用方法等。对参与机器人安全工作的人员进行培训和资格认定。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.3机械安全机械安全，是指在机械生命周期内，物理上（机械机构内产生的直接伤害）所有风险被降低到可接受的，确保其不产生损伤或危害健康的能力。1.几何因素应满足以下要求：（1）在不影响其功能的情况下，可接近的机器人机械部件不应对人员和周围环境产生伤害。（2）机器人机械部件的形状和相对位置应符合GB/T12265.3或GB/T23821的规定。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.3机械安全机械安全，是指在机械生命周期内，物理上（机械机构内产生的直接伤害）所有风险被降低到可接受的，确保其不产生损伤或危害健康的能力。2.物理特性应满足以下要求：（1）应限制驱动力在可接受范围内，确保被驱动部件不会产生机械危险。（2）应通过限制运动部件的质量、速度的方式限制其动能。（3）应限制并采取措施减小噪声、振动和有害物质的排放。（4）应能避免外部环境（海拔、温湿度、冲击等）变化引起的危险。（5）应使用能承受正常使用过程中产生的物理、化学作用的材料。（6）机器人的设计应具有足够的稳定性，在规定的使用条件下可以安全使用。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.3机械安全机械安全，是指在机械生命周期内，物理上（机械机构内产生的直接伤害）所有风险被降低到可接受的，确保其不产生损伤或危害健康的能力。3.人类工效学设计机器人机械时应考虑人类功效学原则，并注意以下要求：（1）机器人使用过程中不应导致使用者有紧张姿势和动作。（2）应考虑人力的可及范围、控制机构的操作及人体各部位的解剖学结构，使机器人容易操作。（3）应尽可能限制噪声、振动和热效应（如极端温度）。（4）手动控制装置的选用、位置和标记应清晰可见、可识别，可立刻进行安全操作，位置和运动与作用一致，并且操作不能引起附加风险。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.3机械安全机械安全，是指在机械生命周期内，物理上（机械机构内产生的直接伤害）所有风险被降低到可接受的，确保其不产生损伤或危害健康的能力。4.防护装置和保护装置应满足以下要求：（1）应采用防护装置和保护装置以防止机器人部件对人员产生伤害。（2）机器人正常运行期间应根据风险的类别或等级选择不同的防护装置。（3）应通过安全防护减少噪声、振动和有害物质。（4）维护或修理等阶段需要进入危险区时，机器人的设计应在不妨碍人员执行任务的前提下，使用保护人员的安全防护装置。（5）如不能通过重量分布等本质安全设计措施实现稳定性，则应采取保护措施如地脚螺栓、锁定装置等，保持机器人的稳定性。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.3机械安全机械安全，是指在机械生命周期内，物理上（机械机构内产生的直接伤害）所有风险被降低到可接受的，确保其不产生损伤或危害健康的能力。5.补充保护措施当本质安全设计和安全防护措施不能达到降低风险的要求时，应采用补充保护措施实现降低风险。对避免或限制伤害的较为有效的机械相关保护措施包括但不限于以下补充保护措施：（1）隔离和能量耗散的措施；（2）提供方便且安全搬运机器人及其重型零部件的装置。如需进入机器人内部,则应考虑以下要求：（1）被困人员逃生和救援措施﹔（2）安全进入机器的措施。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.4电气安全机器人电气安全包括与电击有关的安全、与能量有关的安全、与着火有关的安全以及与热有关的安全等。机器人应具备在直接接触或间接接触情况下的电击防护能力。机器人在正常工作条件下和在单一故障（包括随之引起的其他故障）状态下运行应不引起电击危险。如有必要可提供警告标识，以提醒使用人员。如表所示为电击危险产生的原因及减小危险措施示例。电击危险产生的原因及减小危险措施示例接触正常情况下带危险电压的裸露零部件用固定的或锁紧的盖、安全联锁装置等防止使用人员接触带危险电压的零部件﹔使可触及的带危险电压的电容器放电正常情况下带危险电压的零部件和可触及的导电零部件间的绝缘被击穿采用基本绝缘并把可触及的导电零部件和电路接地，这样，由于过流保护装置在规定时间内断开发生低阻抗故障的零部件，使接触危险电压的可接触性受到限制；或者在零部件间安装一个与保护地相连的金属屏蔽,或者在零部件间采用双重绝缘或加强绝缘，以便使可触及零部件间的绝缘不会被击穿接触与峰值电压超过42.4V或直流电压超过60V的通信网络连接的电路限制这种电路的可触及性和接触区域，把它们与未接地的，接触不受限制的零部件隔离开使用人员可触及绝缘被击穿使用人员可触及的绝缘应当有足够的机械强度和电气强度以减少与危险电压接触的可能性从带危险电压的零部件流向可触及零部件的接触电流(泄漏电流)，或保护接地连接失效。接触电流可包括接在一次电路和可触及零部件之间电磁兼容(EMC)滤波组件所产生的电流把接触电流限制在规定值内，或提供更可靠的保护接地连接【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.5控制系统安全1.通则与机器人安全相关的控制系统（电气、液压、气动、软件）及部件应满足以下要求：（1）任何部件的单个故障不应导致安全功能的丧失。（2）只要合理可行，单个故障应在提出下一项功能需求时或之前被检测到。

（3）出现单个故障时，始终具有安全功能，且安全状态应维持到出现的故障已得到解决。（4）所有可合理预见的故障应被检测到。（5）检测出的故障在解决之前，机器人应保持安全状态；（6）确保安全控制系统的所有装置正常运行后，机器人方可运行。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.5控制系统安全2.控制电路和控制功能应符合以下要求：（1）控制功能应包含但不限于启动、停止、急停、操作模式、安全功能装置。（2）保护性联锁应确保危险发生时，机器人安全停机。（3）危险解除前其“遮蔽”的危险的机器人功能不能执行。（4）应能避免接地故障、电压中断、电路连续性以及干扰引起的功能失常。（5）失效时的控制功能应包含但不限于使用经验证元件和经验证的技术、监控等。（6）对控制电路执行的每一项安全功能应进行评估，宜确定机器人的具体安全功能提供怎样的风险降低水平，依次确定执行该安全功能的控制电路所要求的置信度等级。（7）控制电路执行的安全功能信息应包括安全功能名称、功能的描述、按GB/T16855.1要求的性能等级或/和按GB28526要求的安全完整性等。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.5控制系统安全3.急停功能机器人的失控会对周围人或环境造成伤害时应设置一个手动启动的急停功能。该急停功能应满足以下要求：（1）应符合GB5226.1-2008中9.2.5.4.2的要求。（2）优先于机器人的其他控制。（3）中止所有的危险。（4）切断机器人驱动器的驱动源（飞行相关机器人不适用）。（5）消除可由机器人控制的任何其他危险。（6）保持有效直至复位。（7）只能手动复位，复位后不会自动重启。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.5控制系统安全4.保护性停止机器人应具有一个或多个保护型停止电路，可用来连接外部保护装置。此停止电路应通过停止机器人所有运动、撤除机器人驱动器的动力、中止可由机器人系统控制的任何其他危险等方式来控制安全防护的危险。停止功能可由手动或控制逻辑启动。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.5控制系统安全5.速度控制应满足以下要求：（1）评估机器人安全速度范围，超出这个范围可能对机器人或周围人员造成伤害。（2）在机器人可接触的移动部分进行速度监测，只有有权限的人可调节最大速度值。（3）控制机器人的速度以确保不超过安全相关的速度限制。（4）设计安全相关的速度控制以避免发生故障，应有超速报警。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.5控制系统安全6.力控制安全相关的力控制应通过安全相关的接触传感器（例如力传感器等）或其他控制方式来实现，使机器人接触力不能超出极限。应至少满足以下要求：（1）接触力的反应足够快，使力保持在安全的力限制范围内。（2）在发生接触事故后，应避免对人或设备造成伤害。【知识链接】5.1机器人安全总则5.1.6信息安全基础原则要求如下：（1）机器人在网络(包括互联网、局域网等)中,应具有信息传输加密机制。（2）机器人的数据信息不应被非授权(非法>访问﹑篡改或删除。（3）机器人应阻止非授权(非法)信息的入侵﹐包括对此类信息的识别、判断、阻止与提示功能。（4）机器人不应拒接授权(合法)用户对信息和资源正常使用。（5）机器人应具有信息溯源机制。【知识链接】5.2服务机器人安全标准5.2服务机器人安全标准国内现行包括制定中的机器人标准共有180余项，主要分为国家标准和行业标准。国内机器人标准体系由基础标准、检测评定方法标准、零部件标准、整机标准和系统集成标准五个部分组成，按照状态分为已发布、制定中及拟制定三种状态。机器人标准国家标准行业标准检测评定方法标准基础标准零部件标准系统集成标准整机标准【知识链接】5.2服务机器人安全标准5.2服务机器人安全标准国内现行包括制定中的机器人标准共有180余项，主要分为国家标准和行业标准。国内机器人标准体系由基础标准、检测评定方法标准、零部件标准、整机标准和系统集成标准五个部分组成，按照状态分为已发布、制定中及拟制定三种状态。国内服务机器人安全标准序号名称编号属性状态分类1服务机器人功能安全评估GB/T38260-2019推荐性国标已发布功能安全2服务机器人机械安全评估与测试方法GB/T39785-2021推荐性国标已发布机械安全3服务机器人电气安全要求及测试方法GB/T40013-2021推荐性国标已发布电气安全4家用和类似用途服务机器人安全通用要求GB/T41527-2022推荐性国标已发布

5教育机器人安全要求GB/T33265-2016推荐性国标已发布

6娱乐机器人安全要求及测试方法GB/T41393-2022推荐性国标已发布【知识链接】5.3服务机器人操作规范5.3.1服务机器人常见安全标识通常在机器人本体及其外围设备上贴有相关的安全警示或信息标签，该标签用于提示操作维护人员将会受到的伤害。如表所示，服务机器人常见安全标识示例。通用警告一般通用警告

触电危险警告小心触电

热表面危险当心高温表面

自动启动当心自动启动

当心挤压当心移动的机械部件

当心夹手当心设备机械部件的关闭运动服务机器人常见安全标识示例禁止用水灭火

禁止放置重物

禁止手伸入

禁止推移禁止坐卧

禁止踩踏

禁止阻塞禁止在此处行走或停留禁止改变开关状态【知识链接】5.3服务机器人操作规范5.3.2服务机器人操作规范随着服务机器人在社会上的普及，如何在操作环境中规范、安全使用机器人已成为一个显性问题。到目前为止，还没有关于服务机器人安全操作的通用标准。以教育服务机器人为例介绍其操作规范。1.操作规范使用人员应按制造厂商的使用说明书使用机器人，按操作规程进行试运行和功能测试。机器人通电前机器人通电后01机器人使用安全检查①机器人已按说明书正确安装，且稳定性好；②电气连接正确，电源参数(如电压、频率、干扰级别等)在规定的范围内﹔其他设施(如水、空气﹑燃气等)连接正确，且在规定的界限内﹔③通信连接正确；④外围设备和系统连接正确﹔⑤已安装好限定空间的限位装置；⑥已采用安全防护措施﹔⑦周边的环境符合规定(如照明、噪声等级﹑湿度﹑温度等)。机器人通电前应对其本体进行检查，具体检查项目及要求如下：【知识链接】5.3服务机器人操作规范5.3.2服务机器人操作规范随着服务机器人在社会上的普及，如何在操作环境中规范、安全使用机器人已成为一个显性问题。到目前为止，还没有关于服务机器人安全操作的通用标准。以教育服务机器人为例介绍其操作规范。1.操作规范使用人员应按制造厂商的使用说明书使用机器人，按操作规程进行试运行和功能测试。机器人通电前机器人通电后01机器人使用安全检查①机器人系统控制装置的功能，如启动、停机、操作方式选择(包括键控锁定开关)符合预定要求，机器人能按预定的操作系统命令进行运动；②机器人各轴都能在预期的限定范围内进行运动；③急停及安全停机电路及装置有效﹔④可与外部电源断开和隔离﹔⑤各装置的功能正常﹔⑥安全防护装置和联锁的功能正常﹐其他安全防护装置(如栅栏，警示装置)就位。机器人通电后具体检查项目及要求如下：【知识链接】5.3服务机器人操作规范5.3.2服务机器人操作规范随着服务机器人在社会上的普及，如何在操作环境中规范、安全使用机器人已成为一个显性问题。到目前为止，还没有关于服务机器人安全操作的通用标准。以教育服务机器人为例介绍其操作规范。1.操作规范使用人员应按制造厂商的使用说明书使用机器人，按操作规程进行试运行和功能测试。02机器人使用安全注意事项1）若有机械挡块、极限开关、光幕、激光扫描器件等，应遵照制造商的建议使用。2）谨慎操作避免机械部件运动引起的危险。例如：机器人部件运动——如大臂回转、俯仰、小臂弯曲、手腕旋转等引起的挤压、撞击和夹住，夹住工件的脱落、抛射﹐以及移动机器人轮胎或履带可能造成卡住肢体或衣服造成伤害。3）仅在满足下列要求时，操作者才能启动机器人进行自动操作：①预期的安全防护装置都在位，并且能起作用；②在安全防护空间内没有人；③遵守制造厂商给出的安全操作规程。【知识链接】5.3服务机器人操作规范5.3.2服务机器人操作规范随着服务机器人在社会上的普及，如何在操作环境中规范、安全使用机器人已成为一个显性问题。到目前为止，还没有关于服务机器人安全操作的通用标准。以教育服务机器人为例介绍其操作规范。1.操作规范图示为优必选人形双足教育机器人Yanshee使用安全示例。机器人Yanshee使用安全【知识链接】5.3服务机器人操作规范5.3.2服务机器人操作规范随着服务机器人在社会上的普及，如何在操作环境中规范、安全使用机器人已成为一个显性问题。到目前为止，还没有关于服务机器人安全操作的通用标准。以教育服务机器人为例介绍其操作规范。2.清洁保养为减少机器人的使用损耗，延长服务机器人的使用寿命，通常需要定期对机器人进行清洁保养。不同品牌和不同形态的机器人，其清洁保养的方法也有所不同，使用者应遵照制造商提供的技术文件中清洁保养资料进行操作。下面以优必选人形双足教育机器人Yanshee为例介绍服务机器人日常清洁保养步骤。【知识链接】5.3服务机器人操作规范5.3.2服务机器人操作规范随着服务机器人在社会上的普及，如何在操作环境中规范、安全使用机器人已成为一个显性问题。到目前为止，还没有关于服务机器人安全操作的通用标准。以教育服务机器人为例介绍其操作规范。2.清洁保养（1）确保机器人在非充电状态下，并将机器人Yanshee关机；（2）将机器人Yanshee平躺放置水平桌面上；（3）用软湿布擦拭机器人各个关节及端子线部分，注意避免使用酸/碱性液体；（4）用软干布擦干机器人各个关节及端子线部分；（5）检查Yanshee机器人是否擦干，于通风处晾干后收至Yanshee机器人收纳箱内。【知识链接】5.3服务机器人操作规范5.3.2服务机器人操作规范随着服务机器人在社会上的普及，如何在操作环境中规范、安全使用机器人已成为一个显性问题。到目前为止，还没有关于服务机器人安全操作的通用标准。以教育服务机器人为例介绍其操作规范。2.清洁保养机器人Yanshee站立关机状态机器人Yanshee平躺放置状态用软湿布擦拭机器人各个关节及端子线Yanshee机器人装入收纳箱【动手实践】实践任务:实践任务：清洁保养服务机器人一、实践组织以小组讨论PK汇报的形式完成任务实践。二、实践内容以小组为单位，根据本项目学习的服务机器人安全操作规范相关知识，针对以下主题进行讨论并进行示范演示。主题1：简述服务机器人的安全操作规范及具体内容。主题2：演示正确使用服务机器人，并制作服务机器人使用安全与清洁保养提示卡。每个小组依次派代表进行主题讨论结果演讲，最后由全体同学进行投票，决出优胜小组。【项目评价】班级

姓名

学号

日期

自我评价1.能能列举国内服务机器人安全标准□是□否2.能正确识别服务机器人常见安全标识□是□否3.能阐述教育服务机器人的一般操作规范□是□否4.能对教育服务机器人进行正确示范操作□是□否5.能够独立制作服务机器人使用安全与清洁保养提示卡□是□否6.在完成任务时遇到了哪些问题？是如何解决的？

7.能独立完成工作页/任务书的填写□是□否8.能按时上、下课，着装规范9.学习效果自评等级□优□良□中□差总结与反思：小组评价1.在小组讨论中能积极发言□优□良□中□差2.能积极配合小组完成工作任务□优□良□中□差