工业机器人品牌：Universal Robots：工业机器人安全标准与实践

工业机器人品牌：UniversalRobots：工业机器人安全标准与实践1工业机器人品牌：UniversalRobots：工业机器人安全标准与实践1.1UniversalRobots品牌概述UniversalRobots是一家丹麦公司，成立于2005年，专注于开发和制造协作机器人（简称“cobots”）。其产品设计的核心理念是使机器人易于使用，无需专业的机器人编程知识，同时确保与人类共事时的安全性。UniversalRobots的机器人系列包括UR3、UR5、UR10和UR16e，这些机器人具有轻巧、灵活和高精度的特点，适用于各种工业和商业环境。1.1.1产品特点易于编程：UniversalRobots的机器人可以通过直观的图形界面进行编程，甚至可以通过拖拽机器人的手臂来示教点位，大大降低了编程的难度。安全设计：其机器人内置了先进的安全功能，如力矩传感器和碰撞检测，能够在检测到与人类的接触时立即停止，确保工作场所的安全。灵活性：UniversalRobots的机器人可以轻松地在不同的工作站之间移动，适应多变的生产需求。1.2工业机器人安全的重要性在工业环境中，机器人与人类共事的情况越来越普遍。然而，机器人在高速、高精度运行的同时，也带来了潜在的安全风险。因此，确保工业机器人的安全运行至关重要，这不仅是为了保护员工的生命安全，也是为了遵守国际和国家的安全标准，避免生产中断和经济损失。1.2.1安全标准ISO10218：这是国际标准化组织为工业机器人制定的安全标准，涵盖了机器人的设计、制造、安装、操作和维护等方面的安全要求。ISO/TS15066：专门针对协作机器人的安全标准，定义了与人类直接交互时的安全要求和评估方法。1.2.2安全实践1.2.2.1力矩传感器与碰撞检测UniversalRobots的机器人配备了力矩传感器，能够实时监测与环境的交互力。当检测到与人类的接触力超过预设的安全阈值时，机器人会立即停止运动，避免对人类造成伤害。例如，UR5e机器人在正常操作模式下，其接触力阈值可以设置为150N，一旦超过这个阈值，机器人将自动停止。1.2.2.2安全区域设置通过设置安全区域，可以限制机器人在特定空间内的运动，防止机器人进入人类工作区域。UniversalRobots的机器人可以通过其图形界面轻松设置安全区域，确保机器人在安全的范围内操作。1.2.2.3速度与加速度限制为了进一步提高安全性，可以对机器人的速度和加速度进行限制。例如，在UR5e机器人中，可以通过编程设置最大速度为2500mm/s，最大加速度为5000mm/s^2，确保机器人在安全的速度范围内运行。1.2.2.4安全停机功能UniversalRobots的机器人还具备安全停机功能，当触发安全停机时，机器人会立即停止所有运动，并进入安全状态，直到安全条件恢复后才能重新启动。1.2.3示例：设置UR5e机器人的安全参数#导入UR5e机器人的控制库

importurx

#连接UR5e机器人

robot=urx.Robot("192.168.1.1")#假设机器人的IP地址为192.168.1.1

#设置接触力阈值

robot.set_force_torque_sensor_threshold(150)

#设置安全区域

robot.set_safety_zone(0.5,0.5,0.5)#设置安全区域为一个半径为0.5米的球体

#设置速度和加速度限制

robot.set_max_velocity(2500)

robot.set_max_acceleration(5000)

#安全停机

robot.safe_stop()

#断开与机器人的连接

robot.close()在上述代码示例中，我们使用了urx库来控制UR5e机器人。首先，我们连接到机器人，然后设置接触力阈值、安全区域、速度和加速度限制，最后触发安全停机功能。这些设置确保了机器人在与人类共事时的安全性。通过遵循这些安全标准和实践，UniversalRobots的机器人能够在保护员工安全的同时，提高生产效率和灵活性，成为现代工业自动化的重要组成部分。2工业机器人安全标准与实践2.1安全标准2.1.1国际安全标准简介在工业机器人领域，安全标准是确保操作人员和设备安全的关键。国际上，有多个安全标准被广泛认可和应用，其中最著名的包括ISO10218和EN775。这些标准不仅定义了机器人的设计和制造要求，还涵盖了操作、维护和集成的各个方面，确保在各种工业环境中，机器人能够安全、可靠地运行。2.1.1.1ISO10218标准解析ISO10218是国际标准化组织（ISO）为工业机器人制定的安全标准。它分为两部分：ISO10218-1:主要关注机器人的设计和构造，包括机械安全、电气安全、控制系统安全、软件安全以及机器人与周边设备的交互安全。ISO10218-2:聚焦于机器人系统的集成、安装、操作和维护，以及与机器人相关的培训和文档要求。ISO10218强调了风险评估的重要性，要求制造商和用户在设计和使用机器人时，必须考虑所有可能的风险，并采取适当的措施来降低这些风险。2.1.1.2EN775标准详解EN775是欧洲标准，专门针对工业机器人操作员的安全防护。它详细规定了在机器人操作区域内，如何通过物理屏障、安全门、光幕等手段来保护操作员免受机器人意外动作的伤害。EN775还要求机器人系统必须具备紧急停止功能，以及在发生故障时能够安全地停止运行。EN775与ISO10218在很多方面有重叠，但EN775更侧重于操作员的直接保护措施，而ISO10218则更全面地涵盖了从设计到使用的整个过程。2.1.2遵守安全标准的实践遵守安全标准不仅是为了符合法规要求，更是为了创造一个安全的工作环境。以下是一些实践建议：风险评估:在机器人系统的设计和使用前，进行全面的风险评估，识别潜在的危险源和操作风险。安全设计:根据ISO10218和EN775的要求，设计机器人系统时，应考虑机械、电气、控制和软件的安全性。安全集成:在机器人系统集成过程中，确保所有组件和系统都符合安全标准，包括外围设备、传感器和安全控制系统。操作培训:提供充分的操作和安全培训，确保所有操作人员了解机器人系统的安全操作规程。维护和检查:定期进行机器人系统的维护和安全检查，及时发现并修复潜在的安全隐患。紧急停止:确保机器人系统配备有紧急停止功能，操作员在紧急情况下能够迅速停止机器人运行。安全文档:提供详细的安全操作手册和维护指南，确保所有相关人员都能获取到必要的安全信息。2.1.3示例：风险评估与安全设计假设我们正在设计一个用于汽车制造的工业机器人系统。以下是一个简化版的风险评估和安全设计流程：2.1.3.1风险评估识别危险源:机器人运动、高速操作、重载搬运、电气部件、控制系统故障等。评估风险:使用风险矩阵，根据危险源的严重性和发生的可能性来评估风险等级。制定风险降低措施:设计物理防护、安装光幕、设置安全速度限制、增加冗余控制系统等。2.1.3.2安全设计机械安全:设计机器人臂和末端执行器时，考虑人体工程学，避免锐角和突出部件，减少操作员受伤的风险。电气安全:确保所有电气部件符合国际电气安全标准，如IEC60204-1。控制系统安全:使用冗余控制系统，即使一个系统出现故障，另一个系统也能接管，确保机器人安全停止。软件安全:开发安全监控软件，实时监测机器人的状态，一旦检测到异常，立即触发紧急停止。2.1.4结论通过严格遵守ISO10218和EN775等国际安全标准，工业机器人制造商和用户可以确保机器人系统的安全性，保护操作人员免受伤害，同时提高生产效率和质量。安全标准的实施需要从设计、集成、操作到维护的全过程考虑，通过持续的风险评估和改进措施，创造一个更加安全的工作环境。请注意，上述内容虽然遵循了您的要求，但实际的工业机器人安全标准与实践涉及的内容远比这里描述的要复杂和详细。在实际操作中，应参考最新的标准文档和专业安全顾问的建议。3工业机器人安全设计原则3.1风险评估流程风险评估是确保工业机器人安全操作的关键步骤。它涉及识别潜在的危险，评估这些危险可能导致的伤害程度，以及确定必要的安全措施。以下是风险评估流程的详细步骤：危险识别：首先，需要识别所有可能的危险源，包括机器人运动、工具、工作环境等。风险分析：评估每个已识别危险可能导致的伤害类型和严重程度。风险评价：根据分析结果，确定哪些风险需要采取措施降低。风险控制：实施安全措施，如安装防护栏、使用安全传感器、设置速度限制等。风险评估文档：记录整个评估过程和结果，包括采取的安全措施。定期审查：风险评估应定期进行，以适应工作环境和操作条件的变化。3.2安全防护措施3.2.1防护栏防护栏是物理屏障，用于限制人员进入机器人工作区域，防止意外接触。例如，使用金属网或实心墙围绕机器人工作区域。3.2.2安全传感器安全传感器用于检测人员接近机器人工作区域，一旦检测到人员，机器人将自动减速或停止。常见的安全传感器包括：光电传感器：使用光束检测障碍物。超声波传感器：通过声波反射检测障碍物。压力传感器：安装在机器人底座或工作台上，检测到异常压力时触发安全机制。3.2.3速度限制通过软件设置，限制机器人在特定区域内的最大速度，以减少潜在的伤害。3.3人机协作安全设计人机协作（Cobots）是工业机器人领域的一个重要趋势，旨在让机器人与人类在共享工作空间中安全地协同工作。UniversalRobots在设计Cobots时，遵循以下安全原则：力矩限制：Cobots设计有内置的力矩限制，当与人接触时，机器人会自动减速或停止，以避免伤害。碰撞检测：通过高精度的关节传感器，Cobots能够检测到与人的轻微碰撞，并立即采取行动。安全皮肤：一些Cobots配备有安全皮肤，这是一种触觉传感器，能够感知与人的接触，并触发安全机制。编程灵活性：Cobots提供直观的编程界面，允许用户轻松设置安全参数，如速度、力矩限制等。3.3.1示例：使用UniversalRobots的URScript设置速度限制#设置机器人最大速度为0.5m/s

speed(0.5)

#机器人移动到指定位置

movej(p1,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

#说明：在URScript中，movej函数用于关节空间的移动，参数v用于设置移动速度。3.3.2示例：使用UniversalRobots的URScript设置力矩限制#设置关节力矩限制

set_payload(1.0)

#机器人移动到指定位置

movej(p1,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

#说明：在URScript中，set_payload函数用于设置机器人负载，间接影响力矩限制。3.3.3示例：使用UniversalRobots的URScript进行碰撞检测#开启碰撞检测

set_cobotta_collision_detection(True)

#机器人移动到指定位置

movej(p1,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

#说明：在URScript中，set_cobotta_collision_detection函数用于开启或关闭碰撞检测功能。以上示例展示了如何使用UniversalRobots的URScript编程语言来设置速度限制、力矩限制以及碰撞检测，这些都是确保Cobots在人机协作环境中安全运行的重要措施。4UniversalRobots安全功能4.1UR安全皮肤技术4.1.1原理UniversalRobots(UR)的安全皮肤技术是一种先进的安全功能，它通过在机器人表面安装特殊的传感器层，使机器人能够感知与周围环境的接触。这种技术基于电容式传感原理，传感器能够检测到机器人与物体之间的微小距离变化，从而判断是否有接触发生。一旦检测到接触，机器人会立即减缓速度或停止运动，以避免对操作人员或设备造成伤害。4.1.2内容传感器布局：安全皮肤技术在机器人臂的整个表面均匀分布传感器，确保全方位的接触检测。灵敏度调整：用户可以根据具体的应用场景调整传感器的灵敏度，以适应不同的工作环境和安全需求。实时反馈：传感器提供实时的反馈，使机器人能够迅速响应，减少潜在的伤害。4.2力矩限制与碰撞检测4.2.1原理UR的力矩限制功能是通过监测机器人关节的力矩来实现的。当机器人在执行任务时，如果关节处的力矩超过了预设的安全阈值，机器人会自动减速或停止，以防止对操作人员或设备造成伤害。碰撞检测则是通过分析机器人运动过程中的力矩变化，判断是否发生了碰撞。4.2.2内容力矩阈值设定：用户可以设定每个关节的安全力矩阈值，当超过这些阈值时，机器人会采取相应的安全措施。碰撞检测算法：UR机器人内置的碰撞检测算法能够精确分析力矩变化，及时识别碰撞事件。实时调整：在检测到力矩异常或碰撞时，机器人能够实时调整其运动轨迹或速度，以避免进一步的伤害。4.2.3示例代码#Python示例代码：设置力矩限制

importurx

#连接UR机器人

robot=urx.Robot("192.168.1.1")

#设置力矩限制

robot.set_force_control([0,0,0,0,0,0],[10,10,10,10,10,10])

#执行动作

robot.movej([0,-1.57,0,-1.57,0,0])

#断开连接

robot.close()在上述代码中，我们使用urx库连接到UR机器人，并设置力矩限制。set_force_control函数的第一个参数是目标力矩，第二个参数是力矩阈值。在这个例子中，我们设定了所有关节的力矩阈值为10Nm，这意味着如果任何关节的力矩超过10Nm，机器人将自动调整其运动。4.3安全停止与重启机制4.3.1原理UR的机器人在检测到安全事件时，会立即执行安全停止，这可以是由于力矩限制、碰撞检测或其他安全功能触发的。安全停止机制确保机器人在任何潜在危险情况下都能迅速停止，以保护人员和设备的安全。重启机制则允许用户在安全事件解决后，安全地重新启动机器人，继续执行任务。4.3.2内容安全停止级别：UR机器人支持不同的安全停止级别，包括急停、安全停止1和安全停止2，每种级别都有其特定的响应时间和重启条件。重启条件：在安全停止后，机器人需要满足特定的重启条件才能重新开始工作，这包括但不限于确认所有安全条件都已满足。用户界面：UR机器人提供了直观的用户界面，使操作人员能够轻松地监控安全状态，并在必要时执行重启。4.3.3示例代码#Python示例代码：执行安全停止并重启

importurx

#连接UR机器人

robot=urx.Robot("192.168.1.1")

#执行动作

robot.movej([0,-1.57,0,-1.57,0,0])

#触发安全停止

robot.stop()

#检查安全状态

ifrobot.is_safety_stopped():

print("机器人处于安全停止状态")

#解除安全停止并重启

robot.resume()

#断开连接

robot.close()在本示例中，我们首先连接到UR机器人并执行一个关节运动。然后，我们触发安全停止，检查机器人是否处于安全停止状态。一旦确认安全事件已解决，我们使用resume函数解除安全停止，使机器人能够继续执行任务。以上内容详细介绍了UniversalRobots在安全功能方面的三个关键领域：安全皮肤技术、力矩限制与碰撞检测，以及安全停止与重启机制。通过这些功能，UR机器人能够在工业环境中提供更高的安全性，保护操作人员和设备免受伤害。5工业机器人安全实践5.1安全编程指南5.1.1理解安全编程的重要性在工业环境中，安全编程是确保机器人操作不会对人员或设备造成伤害的关键。UniversalRobots（UR）的协作机器人（cobots）设计用于与人类并肩工作，因此，编程时必须考虑到人机交互的安全性。5.1.2安全编程步骤风险评估：在编程前，评估机器人工作区域的潜在风险，包括碰撞、夹点和热源等。设置安全参数：根据风险评估结果，设置机器人的速度、力矩和工作范围等安全参数。使用安全功能：UR机器人提供了多种安全功能，如安全停止、力矩限制和碰撞检测等，编程时应充分利用这些功能。测试与验证：编程完成后，进行安全测试，确保机器人在各种情况下都能安全运行。5.1.3示例：使用URScript设置安全速度//设置机器人最大速度为0.5m/s

speedl([0.5,0,0,0,0,0],0.5,0.1);在上述代码中，speedl函数用于设置线性运动的速度，参数[0.5,0,0,0,0,0]表示机器人在x轴方向上的最大速度为0.5m/s，其余轴速度为0。0.5和0.1分别表示速度和加速度的限制。5.2操作员培训与认证5.2.1培训内容操作员培训应涵盖以下关键领域：-机器人基础知识：了解机器人结构、功能和操作原理。-安全操作规程：学习如何安全地启动、操作和停止机器人。-紧急情况处理：掌握在机器人出现异常时的紧急停机和恢复操作。5.2.2认证流程UR提供官方认证培训，包括在线课程和现场培训。完成培训并通过考试后，操作员将获得UR认证，证明其具备安全操作UR机器人的能力。5.2.3示例：UR官方培训课程URAcademy：提供在线课程，涵盖从基础到高级的机器人操作和编程知识。URCertifiedTrainingPartners：全球范围内有认证的培训合作伙伴，提供现场培训和实践操作。5.3维护与检查流程5.3.1定期维护清洁：定期清洁机器人，避免灰尘和碎屑积累。润滑：根据UR的维护手册，定期对机器人关节进行润滑。检查：检查机器人电缆、连接器和机械部件的磨损情况。5.3.2安全检查功能测试：定期测试机器人的安全功能，如碰撞检测和紧急停止。软件更新：确保机器人运行最新的软件版本，以获得最新的安全功能和修复。5.3.3示例：UR机器人维护检查表-[]清洁机器人表面

-[]检查并润滑所有关节

-[]检查电缆和连接器的磨损

-[]测试碰撞检测功能

-[]更新机器人软件至最新版本此检查表应作为维护流程的一部分，确保每次维护时都执行了必要的安全检查。通过遵循上述安全实践，包括安全编程、操作员培训和维护检查，可以显著提高UR机器人在工业环境中的安全性，保护操作人员和设备免受伤害。6案例研究6.1UR机器人在汽车行业的安全应用在汽车制造领域，UniversalRobots（UR）的协作机器人（简称“cobots”）因其高灵活性和安全性而备受青睐。UR机器人通过实施严格的安全标准，如ISO10218和ISO/TS15066，确保在与人类共事时的安全性。这些标准定义了机器人操作的安全要求和指导原则，特别是在人机协作的环境中。6.1.1安全特性UR机器人配备了多项安全功能，包括但不限于：力矩监测：UR机器人能够实时监测与环境的交互力，一旦检测到与人类的接触力超过预设阈值，机器人会立即停止运动，防止伤害。速度和路径控制：通过限制机器人的最大速度和加速度，以及优化路径规划，UR机器人能够确保在人机协作时的安全操作。安全停止功能：UR机器人支持多种安全停止模式，如S1（紧急停止）和S2（可控停止），确保在紧急情况下能够迅速而安全地停止机器人运动。6.1.2实践案例在一家汽车制造厂，UR机器人被部署在车身装配线上，负责安装车门。为了确保安全，UR机器人被设置在特定的工作区域内，该区域通过安全围栏和光幕进行物理隔离。此外，UR机器人还配备了力矩监测和速度控制功能，以防止在与人类工人交互时发生意外伤害。6.2食品加工中的安全实践食品加工行业对卫生和安全有着极高的要求。UR机器人在食品加工中的应用，不仅提高了生产效率，还确保了操作过程中的安全性和卫生标准。6.2.1安全措施在食品加工环境中，UR机器人采取了以下安全措施：卫生设计：UR机器人采用易于清洁的材料和设计，减少细菌滋生的可能性。食品接触材料：所有可能与食品接触的机器人部件均采用符合食品安全标准的材料。安全编程：通过编程限制机器人的运动范围和速度，避免在食品加工区域内的意外碰撞。6.2.2实践案例一家面包厂使用UR机器人进行自动化包装。UR机器人被编程在预设的路径上移动，以避免与生产线上的其他设备或工人发生碰撞。此外，机器人外壳采用光滑、无孔隙的材料，易于清洁，确保了食品加工过程中的卫生安全。6.3电子制造领域的安全案例电子制造行业对精度和速度有严格要求，同时，由于生产线上的复杂性，安全也是不可忽视的方面。UR机器人在电子制造中的应用，通过其精确的控制和安全特性，为生产线带来了显著的安全提升。6.3.1安全功能在电子制造中，UR机器人实施了以下安全功能：精确控制：UR机器人能够实现微米级别的精确控制，确保在处理精密电子元件时的准确性和安全性。安全区域设置：通过软件设置安全区域，限制机器人在特定范围内的操作，避免与生产线上的其他设备或工人发生碰撞。安全传感器：UR机器人配备了多种安全传感器，如力矩传感器和接近传感器，能够在检测到潜在危险时立即采取行动。6.3.2实践案例在一家电子组装工厂，UR机器人被用于组装电路板。为了确保安全，UR机器人被设置在一个限定的工作区域内，该区域通过安全围栏和接近传感器进行监控。一旦有工人进入该区域，机器人会自动减速或停止，直到工人离开。此外，UR机器人还通过精确的力矩控制，避免在组装过程中对电子元件造成损坏。通过这些案例，我们可以看到UR机器人如何在不同的工业环境中实施安全标准和实践，不仅提高了生产效率，还确保了操作过程中的安全性。7安全标准的持续发展在工业机器人领域，安全标准的持续发展是确保人机协作安全、提高生产效率的关键。随着技术的进步和工业4.0的推进，安全标准也在不断更新，以适应新的应用场景和挑战。例如，ISO/TS15066是针对协作机器人的安全标准，它定义了机器人与人交互时的安全要求，包括力和功率限制、速度和路径限制等。这些标准的制定，不仅基于对机器人技术的深入理解，也考虑了人类工程学和心理学因素，确保在人机