立面作業(yè)機器人

1T/QGCMLXXXX—XXXX立面作業(yè)機器人安全實施規(guī)范本標準規(guī)定了立面作業(yè)機器人的術語定義、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸及貯存。本標準適用于立面機器人的設計和生產(chǎn)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T5226.1機械電氣安全機械電氣設備第1部分：通用技術條件GB/T17799.2電磁兼容通用標準工業(yè)環(huán)境中的抗擾度試驗GB/T17799.4電磁兼容通用標準工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1使能裝置Enablingdevice一種手動操作裝置,僅當其保持在預定位置時才允許機器人運動。3.2防護裝置Guarddevice通過物理遮擋方式專用于提供防護的機械部件,按其結(jié)構可稱為防護罩、殼、防護屏、柵欄、門、封閉式防護裝置、隔欄等。3.3危險Hazard可導致本體或人身傷害或危及人體健康的情況。3.4危險狀態(tài)(運動)Hazardouscondition(motion)機器人或機器人系統(tǒng)可能導致本體或人身傷害的狀態(tài)(運動)。3.5危險源Hazardsource可能導致人員傷害或財產(chǎn)損失、工作環(huán)境破壞或這些情況組合的根源或狀態(tài)因素。3.6人因差錯Humanerror由于人的安全意識、技術水平、操作能力、身體素質(zhì)及心理素質(zhì)等主觀因素存在問題造成的錯誤。3.7安全防護聯(lián)鎖Interlockforsafeguarding安全防護裝置與機器人控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)及輔助設備相互連接的一種配置。2T/QGCMLXXXX—XXXX3.8本地控制Localcontrol由機器人系統(tǒng)控制板或示教盒進行操作機器人的一種狀態(tài)。3.9鎖定Lockout動力隔離裝置(如隔離開關)上的鎖或標記置于“關”或“斷”位置,表明該動力隔離裝置或設備正受控制,此時不應操作。3.10現(xiàn)場傳感裝置Presencesensingdevice具有傳感區(qū)域或空間的一種裝置,用以探測進入該區(qū)域或空間的任何干涉。3.11慢速Reducedspeed由機器人制造商提供的一種可選速度，用以自動限制機器人速度達到預定值,使人有足夠的時間排除危險運動或停機。3.12高速Highspeed機器人運行過程中的速度超過預定安全值的速度,導致機器人有可能脫落、碰撞損傷等意外事故發(fā)3.13風險Risk傷害發(fā)生的概率和傷害程度的組合。3.14安全操作規(guī)程Safeworkingprocedure當執(zhí)行指派任務時,用以減少傷害可能性的規(guī)程。3.15安全防護裝置Safeguarddevice用于防止進入危險點或危險區(qū)的防護裝置。3.16安全防護空間Safeguardedspace由安全防護裝置所確定的空間。3.17限定空間Confinedspace機器人作業(yè)過程中由于脫落壁面等產(chǎn)生危險因素所波及的區(qū)域。3.18安全防護Safeguarding利用防護裝置和保護裝置及安全操作規(guī)程進行人身保護的措施。3.19故障查找Troubleshooting(faultfinding)按順序確定機器人系統(tǒng)不能完成規(guī)定任務或功能失效原因的行動。3T/QGCMLXXXX—XXXX3.20整體安全水平Overallsafetylevel機器人在作業(yè)過程中，應對各個方面的危險因素，通過積極的防護措施和維護措施可以確保使用期內(nèi)正常有效的完成作業(yè)任務。3.21彈性元件Elasticcomponent系統(tǒng)中承受并傳遞垂直載荷和具有緩和及抑制沖擊的元件。3.22人類工效學Ergonomics將解剖學、人體測量學、生物力學等有關學科的知識應用于系統(tǒng)設計，使之與人的生理和心理特點相適應，以提高整個系統(tǒng)的效能，維持和增進人的安全、健康和操作使用的舒適感。3.23末端執(zhí)行器Endeffector任何一個連接在機器人邊緣（關節(jié)）具有一定功能的工具。3.24單通道安全系統(tǒng)Singlechannelsecuritysystem采用單通道電路設計，可實現(xiàn)制約機器人危險運行等功能，保障機器人正常有效運行。3.25反向制動裝置Reversebrakedevice機器人電機停機鈕接通制動交流接觸器改變電源相序，強迫電機迅速降低轉(zhuǎn)速使機器人停止運作，并設有一個時間繼電器短暫計時復位，以防制動時間過長造成逆轉(zhuǎn)。3.26控制面板Controlpanel機器人控制臺顯示的界面，通過面板上的控制器件輸入指令可以遠距離控制機器人運作。3.27IP等級Ingressprotectionlevel針對電氣設備的外殼對異物侵入的防護等級。3.28限位裝置Cagingdevice保證機器人彈性部件的扭轉(zhuǎn)角不超過某限定值的部件。3.29誤動作Falseaction機器人未按照操作指令實現(xiàn)相應動作和狀態(tài)以及做出錯誤的判斷。3.30控制器Controller控制機器人運作，相對控制臺能實現(xiàn)近距離對機器人發(fā)送各種指令的裝置。4T/QGCMLXXXX—XXXX4技術要求4.1外觀要求機器人及其防護裝置的外觀無具體的設計要求。因多為高空作業(yè)故其外觀顏色需較工作面更加突出，以便于更好的觀察具體位置，若客戶有要求的情況下按照客戶的要求即可。4.2性能要求a)立面作業(yè)機器人的性能主要體現(xiàn)于吸附性能、靈活度、最大工作速度和負載能力；b)目前主要的吸附方式包括：負壓吸附、磁吸附、推力吸附和粘劑吸附；c)每種吸附方式各有其局限性，所研制的機器人具有較強的針對性，只適用某種特定任務而不能通用化。機器人的設計需要根據(jù)工作環(huán)境及其任務需要選擇合適的吸附方式，要保障在任何情況下吸附的穩(wěn)定性達標即可；d)機器人的靈活度和最大工作速度需要根據(jù)機器人的任務需要來設計，保障任務的精細化程度和機器人的作業(yè)效率滿足客戶需求即可；e)機器人的負載能力設計需要考慮機器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上能承受的最大壓力，不僅要考慮負載，還要考慮機器人末端操作器的質(zhì)量和回收裝置的質(zhì)量。4.3性能結(jié)構立面作業(yè)機器人的結(jié)構設計主要包括吸附結(jié)構、移動結(jié)構、能源供應結(jié)構、驅(qū)動結(jié)構、工作夾具結(jié)構。另外，根據(jù)工作任務的需要，部分立面作業(yè)機器人需要設計與回收裝置連接的結(jié)構。4.3.1吸附結(jié)構根據(jù)立面作業(yè)機器人的吸附式方式不同，可以分為磁吸附式和負壓吸附式。此外依據(jù)吸附元件是否接觸吸附面又可分為接觸式和非接觸式。4.3.1.1磁吸附式磁吸附式分為永磁吸附和電磁吸附式。a)永磁吸附：通過在底部設計安裝上永磁材料，形成磁力碗，然后很好的吸附在金屬壁面的表面；b)電磁吸附：是利用了電生磁的原理，通過電流的磁場效應產(chǎn)生磁力吸附在壁面上。c)現(xiàn)在常用的吸附方式就是永磁吸附，可以在金屬壁面上進行作業(yè)。4.3.1.2負壓吸附式負壓吸附式可分為單負壓倉和多負壓倉。負壓吸附主要是把倉體內(nèi)空氣排空，使得內(nèi)外產(chǎn)生大氣壓力差，外部大氣壓會壓著機器人吸附在壁面上。4.3.1.3接觸式吸附即磁鐵直接接觸吸附面。4.3.1.4非接觸式吸附是磁鐵不直接接觸吸附面，非接觸式吸附可以使得機器人更加方便的在吸附面移動。4.3.1.5其他吸附結(jié)構4.3.1.5.1正壓推進型使用螺旋槳或者涵道風扇產(chǎn)生合適的推力，從而使機器人能夠穩(wěn)定可靠地貼附在壁面上。4.3.1.5.2摩擦力抱撐型5T/QGCMLXXXX—XXXX對于柱狀結(jié)構的外壁，可采用外箍的方式。4.3.1.5.3內(nèi)撐型對于管狀結(jié)構的內(nèi)壁，可采用內(nèi)撐的方式。4.3.1.5.4壁虎仿生型分為細型倒鉤刺型和微精細剛毛型。a)細型倒鉤刺型具有極細小的倒鉤刺，通過在粗糙壁面上“扣”住凸緣實現(xiàn)爬壁；b)微精細剛毛型具有大量的微精細剛毛保證了仿壁虎腳掌與接觸面的充分接觸，產(chǎn)生強大黏附4.3.2移動結(jié)構主要有輪式、多足式、履帶式等。其中，輪式和足式使用較為廣泛，履帶式多用于磁吸附式。4.3.3能源供應方式a)能源供應方式有通過電線管路為機器人提供電、氣等能源的方式，也有自帶電池、氣瓶等方b)驅(qū)動方式主要有電機和氣動等幾種方式；c)在使用無線控制和電機驅(qū)動的情況下，能源供應主要有聚合物鋰電池、鎳氫電池、電化學電池和燃料電池；d)此外，由于汽油、氫等燃料具有較高的能重比，先進的微型內(nèi)燃機也可應用于立面作業(yè)機器4.3.4工作夾具結(jié)構工作夾具結(jié)構用于機器人本體外接作業(yè)設備，作業(yè)設備應與機器人工作夾具連接牢固，作業(yè)設備執(zhí)行過程中產(chǎn)生的最大反作用力應遠小于機器人的吸附裝置對壁面的吸附力。工作夾具的位置設計應保證作業(yè)設備執(zhí)行過程中不能對機器人本體及其防護裝置造成影響4.3.5回收處理裝置回收處理裝置應該設置在安全防護空間外且靠近機器人作業(yè)的區(qū)域范圍?；厥展苤亓繎怀^機器人正常工作時的負載能力且與作業(yè)設備緊密連接?；厥展芘c機器人同步運動且不能影響機器人的正常作業(yè)(不影響機器人的運動部件轉(zhuǎn)向和防護裝置執(zhí)行)。4.4電器要求4.4.1電氣設備的設計及制造應符合GB/T5226.1的4.2。4.4.2電源的基本要求可參見GB/T5226.1的4.3。4.4.3電源隔離的基本技術要求可參見GB/T5226.1的5.3。4.4.4機器人的設計和制造應符合GB/T17799.2及GB/T17799.4的要求。4.4.5控制器件的基本要求應符合GB/T5226.1的9.2的規(guī)定。4.5生產(chǎn)技術要求a)機器人中構成危險因素的電氣、液壓等部件應具有固定的防護罩和外殼，且在正常運行期間不能打開；當需要打開防護罩和外殼時，應采用工具才能卸下或打開；b)設計生產(chǎn)機器人的吸附裝置和運動部件時，應能使機器人牢固地緊貼在壁面位置上并能使機器人的運動部件平滑貼合壁面，并且在預計的各種操作運行條件下，機器人能安全、穩(wěn)定地運行；c)為防止出現(xiàn)偶然的或意外的操作，控制臺面板上選用的控制器件，應能承受規(guī)定的使用應力；6T/QGCMLXXXX—XXXXd)控制面板的按鍵應該方便操作者進行基本操作，緊急功能按鈕應該易于與普通功能鍵鈕區(qū)分且獨立設計。e)所設計的安裝位置應使維修時易于拆卸，操作者在正常工作位置上易夠得著，并使意外操作的可能性減至最小。f)其他如按鈕的顏色和標記、指示燈的使用方式和顏色及閃爍、光標按鈕、具有旋動部分的控制器件(如電位器)、起動器件等的安全要求，應按照GB/T5226.1的10.2～10.6的要求執(zhí)行。a)設計生產(chǎn)機器人機械部件時，除需按照常規(guī)機械設計考慮機械結(jié)構及其零部件應能滿足機器人所需的運動功能、性能要求、強度、剛度、各種相應尺寸及外形外，還應考慮在設計生產(chǎn)中消除由機器人的特殊材料等因素所產(chǎn)生的危險。若不可能在機械部分設計時清除這種危險，則應進行安全防護的設計及采取相應的安全措施。4.6安全防護要求4.6.1確立安全防護空間。通過風險評價來確定超出機器人限定空間而需要增加的空間。一般應考慮在無附加防護裝置的情況下，當機器人在本區(qū)域最高位置作業(yè)時因意外墜落對地面產(chǎn)生沖擊力導致器件崩射所波及的最大空間范圍。4.6.2在設計機器人系統(tǒng)時，應考慮維護和修理的需要，必須具備有能與動力源斷開的技術措施。斷開必須做到既可見(如運行明顯中斷)，又能通過檢查斷開裝置操作器的位置而確認，而且能將切斷裝置鎖定在斷開位置。切斷電器電源的措施應按相應的電氣安全標準。機器人系統(tǒng)或其他相關設備動力斷開時，應不發(fā)生危險。4.6.3機器人系統(tǒng)的急停電路應超越其他所有控制，使所有運動停止，并從機器人驅(qū)動器上和可能引起危險的其他能源(如外圍設備中的噴漆系統(tǒng)、焊接電源、運動系統(tǒng)、加熱器等)上撤除驅(qū)動動力。4.6.4當機器人控制系統(tǒng)需要具有遠程控制功能時，應采取有效措施防止由其他場所啟動機器人運動而產(chǎn)生危險。具有遠程操作(如通過通信網(wǎng)絡)的機器人系統(tǒng)，應設置一種裝置(如鍵控開關)，以確定在進行本地控制時，任何遠程命令均不能引發(fā)危險產(chǎn)生。4.6.5為了減小已知的危險和保護各類工作人員的安全，在設計機器人系統(tǒng)時，應根據(jù)機器人系統(tǒng)的作業(yè)任務及各階段操作過程的需要和風險評價的結(jié)果選擇合適的安全防護裝置，所選用的安全防護裝置應按制造廠的說明進行使用和安裝。4.6.6機器人系統(tǒng)的安全防護通過主動防護和被動防護相結(jié)合來實現(xiàn)全面防護，確保立面作業(yè)機器人在不同環(huán)境下能安全有效的完成任務。4.6.7為了防止人員意外進入機器人限定空間，應設置警示柵欄和警示信號。給接近或處于危險中的人員提供可識別的視聽信號，應設置和安裝信號警示裝置。在安全防護空間內(nèi)采用可見的光信號來警告危險時，應有足夠多的器件以便人們在接近安全防護空間時能看到光信號。音響報警裝置則應具有比環(huán)境噪聲分貝級別更高的獨特的警示聲音。4.6.8應該考慮到機器人系統(tǒng)壽命中的某些階段，設計出完全適用的安全防護裝置去防止各種危險是不可能的，且那些安全防護裝置亦可以被暫停。在這種狀態(tài)下，應該采用相應的安全生產(chǎn)規(guī)程。4.6.9重建聯(lián)鎖門或現(xiàn)場傳感裝置區(qū)域時，其本身應不能重新啟動機器人的自動操作。應要求在安全防護空間仔細地動作來重新啟動機器人系統(tǒng)。重新啟動裝置的安裝位置，應在安全防護空間內(nèi)的人員不能夠到的地方，且能觀察到安全防護空間。4.6.10機器人在潮濕、多塵霧、易燃易爆等惡劣工況下作業(yè)，機器人應具備不同的防護性能，以保證機器人本體及控制系統(tǒng)的可靠性與安全性。4.6.11在機器人及其系統(tǒng)的安全防護中，應實現(xiàn)在機器人發(fā)生危險事故前通過主動采取防護裝置、技術等防護措施避免危險的發(fā)生或者降低危險發(fā)生時對機器人或人造成損害，同時在機器人發(fā)生危險事故后應盡量減小機器人損壞或人身損傷，以至于機器人及人能有效的避免危險的產(chǎn)生。4.6.12在設計和布置機器人系統(tǒng)時，為使操作員、編程員和維修人員能得到恰當?shù)匕踩雷o，應按照7T/QGCMLXXXX—XXXX機器人制造廠的規(guī)范進行。為確保機器人及其系統(tǒng)與預期的運行狀態(tài)相一致，則應評價分析所有的環(huán)境條件，包括爆炸性混合物、腐蝕情況、輻射情況、濕度、污染、塵霧、溫度、電磁干擾(EMI)、射頻干擾(RFI)和振動以及機器人作業(yè)壁面狀況等是否符合要求，否則應采取相應的措施。5試驗方法5.1立面作業(yè)機器人靜態(tài)穩(wěn)定性試驗:b)試驗平臺：能放下被測樣品的平臺；c)測力裝置：用來檢測機器人對立面吸附力的傳感器；d)調(diào)節(jié)裝置：調(diào)節(jié)立面傾斜角度的裝置；e)防滑動裝置：測試時用來防止立面作業(yè)機器人在壁面上滑落，但是不增加立面作業(yè)機器人負載的裝置；f)壁面變化：通過壁面澆水、鋪塵、變更環(huán)境改變立面機器人與壁面間的摩擦力。5.2立面作業(yè)機器人動態(tài)穩(wěn)定性試驗:a)試驗平臺：能容納機器人短時間作業(yè)所需范圍的平臺；b)測力裝置：用來檢測機器人對立面吸附力的傳感器；c)防滑動裝置：測試時用來防止立面作業(yè)機器人在壁面上滑落，但是不影響立面作業(yè)機器人正常作業(yè)的裝置；d)限制運動范圍的裝置：限制立面作業(yè)機器人運動的范圍，確保機器人不會超范圍作業(yè)產(chǎn)生危險的裝置；e)測速裝置：測量機器人正常作業(yè)時平均速度以及最大安全作業(yè)速度的裝置。5.3穩(wěn)定性試驗操作的動態(tài)響應的評定：立面作業(yè)機器人實際作業(yè)過程中，通過傳感器和攝像機觀察機器人的穩(wěn)定性情況：立面作業(yè)機器人各種狀態(tài)的運行過程中預期與壁面接觸的3立面作業(yè)機器人變速運動過程中預期與地面接觸的部位貼壁相對預期中的2立面作業(yè)機器人變速運動過程中預期與地面接觸的部位相對預期中的運動10注：立面作業(yè)機器人在壁面上持續(xù)滑落，則判定立面作業(yè)機器人完全掉落。6檢驗規(guī)則6.1檢驗分類產(chǎn)品檢驗分為：a)出廠檢驗；b)型式檢驗；c)抽樣檢驗。6.2出廠檢驗產(chǎn)品出廠檢驗時逐臺進行。產(chǎn)品經(jīng)出廠檢驗合格后，方可出廠。檢驗中若有不合格因素，直至檢驗合格，簽發(fā)合格證后方可出廠。下列（但不局限于）檢驗方法可滿足本標準的要求：a)視覺檢查（使用人的感官而非借助任何專門的設備來檢查立面作業(yè)機器人的情況，通常在立面作業(yè)機器人不工作時進行視覺或聽覺檢查）；8T/QGCMLXXXX—XXXXb)實際測試（在立面作業(yè)機器人正常或異常條件下進行實際試驗）；c)測量（將測得的實際值與要求限值進行比對）；d)操作中觀察:在立面作業(yè)機器人正?；虍惓l件下，在操作中使用檢驗方法A進行檢查（如在額定負載情況下進行）；e)檢查相關的應用原理圖、電路圖和設計素材（結(jié)構分析或大致瀏覽電路圖設計和相關說明f)檢查和安全相關的應用軟件和文檔（和立面作業(yè)機器人運行程序有關的安全性軟件和文檔g)檢查基于任務的安全分析（與作業(yè)任務關聯(lián)的安全分析報告）；h)檢查布局圖和文件；i)檢查使用說明和資料。下表給出了專用性能要求和措施的驗證方法，這些要求對驗證或確認的機器人系統(tǒng)安全至關重要，應使用適當?shù)姆椒ㄔu估這些要求，以決定系統(tǒng)的設計和構造是否充分滿足要求。6.3型式檢驗批量生產(chǎn)的產(chǎn)品應每年進行一次型式檢驗，有下列情況之一時，應進行型式檢驗：a)新產(chǎn)品或老產(chǎn)品轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的試制定制鑒定；b)對裝置性能有重大影響的主要原材料或工藝方法變型設計產(chǎn)品；c)產(chǎn)品停產(chǎn)兩年后，恢復生產(chǎn)時；d)出廠檢驗結(jié)果與上次有較大差異時。6.4抽樣檢驗抽樣檢驗為當批量生產(chǎn)大于一百臺時，每一百臺抽查一臺；當批量生產(chǎn)小于一百臺時，每批次抽查一臺。6.5判定規(guī)則立面作業(yè)機器人在具體場景的動態(tài)環(huán)境下作業(yè)，檢驗結(jié)果的各項指標應符合相應條款要求。達標，則該產(chǎn)品為合格，反之，則不合格。判定要求如下：a)試驗結(jié)果全部為3級則機器人穩(wěn)定性達標；b)試驗結(jié)果有2級和3級且3級占比為70%及以上則機器人的穩(wěn)定性達標；c)試驗結(jié)果有2級和3級且3級占比不足70%則機器人的穩(wěn)定性不達標；d)試驗結(jié)果有1級、2級和3級且3級占比85%及以上、1級占比1%及以下則機器人的穩(wěn)定性達標；e)試驗結(jié)果有1級、2級和3級且1級占比超過1%則機器人穩(wěn)定性不達標；f)試驗結(jié)果有1級、2級和3級且3級占比不足85%則機器人穩(wěn)定性不達標；g)試驗結(jié)果出現(xiàn)0級則機器人穩(wěn)定性不達標。注：判定立面作業(yè)機器人穩(wěn)定性的試驗次數(shù)應不少于100次。7標志、包裝、運輸及貯存7.1標志立面作業(yè)機器人應有清晰耐久的標記，在立面作業(yè)機器人被安裝后不易被損壞及便于識別。銘