设计安全的协作机器人共享工作场所的关键

安全方程远大于协作机器人本身

协作机器人通过使人类和机器能够并肩工作，消除了传统工业机器人所需的重型防护装置和安全隔离区，从而改变了现代制造业。但是，协作机器人营销语言中存在一个危险的误解：认为由于这些机器人的力度和功率受限，无论它们如何部署，都本质上是安全的。

现实要复杂得多。协作机器人是一个更大系统中的一个组成部分，该系统的安全取决于围绕它的工作场所设计的质量。设计不当的协作机器人工作场所会引入机器人内置安全功能从未打算解决的危险，从周围设备造成的夹点到电缆布线不当造成的绊倒危险。工作场所的设计是可选的，它是安全的人机协作的基础。

在安装任何协作机器人之前，卫生和安全经理必须对提议的工作场所进行全面审计。这个过程远远超过根据合规性检查清单检查机器人规格。它需要系统地评估机器人、人工操作员、工件和周围环境之间的每一种潜在相互作用。

管理此过程的关键标准包括美国机器人安全国家标准ANSI/RIA R15.06和国际等效标准ISO 10218。两个框架都要求进行文件记录的风险评估，以识别危险、评估其严重程度和可能性，并规定缓解措施。OSHA法规为雇主必须满足的合规要求提供了额外的保障。

风险评估应涉及来自多个学科的利益相关者——生产工程师、安全官员、维护人员和实际与协作机器人并肩工作的操作员。每个小组对其他小组可能看不到的潜在危险都有不同的看法。生产工程师可能专注于循环时间优化，而维护技术人员可能会识别出在维修过程中造成风险的访问问题。

协作机器人工作场所设计中最重要的原则之一是深度防御。仅依靠机器人的内部力度和功率限制是不够的。设计良好的工作场所包含多个独立的安全层，即使其他层失败，每一层都能够防止伤害。

光幕是最常见的辅助安全设备之一。这些光学屏障在协作机器人的工作区域周围创建了看不见的检测区。当工人的手或身体打破光束时，系统可以减速机器人、改变其路径或根据入侵距离机器人当前位置的距离将其完全停止。

安全垫和压敏地板提供了另一层保护。这些设备检测何时有人踏入定义的区域，并触发安全响应。在协作机器人的运动路径靠近行走区域或操作员需要从多个方向接近机器人的工作场所中，它们特别有用。

使用激光技术的区域扫描仪可以创建适应不同工作模式的可配置安全区。在高速自主操作期间，安全区可能延伸到离机器人数米的距离。当人类进入外部区时，机器人减速。如果人类进入内部区，机器人完全停止。这种分级响应允许高效操作，同时保持保护。

即使最好的安全硬件在操作员无法理解协作机器人在做什么以及接下来计划做什么时也是无用的。人机界面(HRI)是工作场所设计中一个关键但经常被忽视的要素。质量好的HRI应该易于使用且直观，使操作员可以轻松了解协作机器人的当前状态、其态势感知和即将进行的动作。

视觉指示器——包括状态灯、显示和投影工作区——帮助操作员保持意识，而不需要不断关注。听觉信号可以在模式改变或接近运动时提醒工人。一些先进的系统使用增强现实显示，可以直接将机器人的计划路径叠加到操作员的视野中，提供对机器将在何处移动的明确预览。

培训是良好界面设计的必要补充。操作员必须不仅了解如何使用协作机器人的控制装置，而且了解安全系统如何工作、各种警报意味着什么以及如果发生意外时该做什么。定期的复习培训可确保安全意识不会随着工人对技术变得舒适而随时间流逝。

协作机器人工作场所的物理布局必须考虑人体工程学以及机器人运动学。工作站应设计成防止尴尬姿势、最小化到达距离并减少在整个班次中积累的重复性劳损。如果工作场所迫使操作员为了避免机器人的运动路径而采取不舒服的位置，由此产生的疲劳本身可能成为安全隐患。

充足的活动空间至关重要。工人需要足够的空间自然移动，而不会感到受到机器人存在的限制。视觉清晰度也很重要——操作员应该能够从其正常的工作位置对协作机器人及其工作区有清楚的视线。混乱或狭窄的工作场所会造成工人可能意外进入机器人路径的情况，因为他们看不清楚。

电缆管理虽然看起来很平凡，但却是另一个关键的人体工程学因素。穿过地板或从头顶悬挂的电源电缆、气动管道和数据连接会造成绊倒和缠绕危险，当工人专注于与移动机器人协作时，这种危险会增加。

协作机器人部署的成功取决于无法通过传感器测量或在安全标准中指定的东西：人类信心。围绕协作机器人感到安全和舒适的工人将与它们有效地协作。感到焦虑或不确定的工人要么避免使用机器人，降低生产率，要么采取危险的捷径来解决它。

好的工作场所设计系统地建立这种信心——通过可见的安全系统、清晰的沟通、人体工程学的布局和彻底的培训。当这些要素结合在一起时，结果不仅仅是一个安全的工作场所，而是一个富有成效的工作场所，其中人类和机器人各自为制造过程做出了独特的贡献。

本文基于《机器人报告》的报道。阅读原始文章。