最新7月2日發(fā)生在德國大眾工廠的“機器人殺人”事件將機器人安全問題又一次提到人們面前，機器人的安全必然是未來關注的要點,嚴格來說，這是一個事故，并非機器人會殺人，而是操作人員進入工作區(qū)間，但是，如何讓機器人更安全的與人工作則是一個更為廣泛且值得關注的問題。

1、機器人安全起源與主要思想

談到機器人安全，Asimov的科幻小說《機器人》中有一個重要的規(guī)則：

①機器人不能主動傷害人，也不能通過不作為使人受到傷害

②機器人必須遵循人的指令，除非該指令與第一條規(guī)則沖突

③機器人必須保護其自身不受傷害，除非該行為同第一條和第二條規(guī)則沖突。

盡管這是機器人產生之前的小說中的描述，然而，它對于機器人的安全仍然是具有廣泛適用性的。

很多時候，我們不重視安全問題，因為安全的確是一個看上去巨大的投資，而某種意義上，立法略微滯后于產業(yè)實際，因為，機器人的快速成長也就在這幾年發(fā)生并將在未來會更為高速的增長。

關于機器人的安全研究歷史也是比較悠久的，Ziskovsky在1995年將機器人安全延展至整個生命周期的過程，這一思想也延伸到電氣傳動的安全領域，當然，針對機器人本身也有很多其它研究方向例如安全性與生產過程的效率平衡問題，這也為今天很多安全技術奠定了理論基礎，包括今天的集成安全技術（Integrated Safety），如何在確保安全的同時解決生產效率的問題，概括為兩點：

1.安全是一個全生命周期概念

2.安全必須與生產力平衡

當然，實現(xiàn)安全的方法也分為很多種，例如：基于控制系統(tǒng)速度監(jiān)控、視覺方式、力矩測量反饋方式等

2、為何要重視安全

只有對企業(yè)造成市場的損失、重大事故導致的法律責任、因此而造成的設備損失等因素才能驅動企業(yè)去投資安全技術，而對于機器人行業(yè)而言，也必須考慮以下幾個因素：

1.機器人與人協(xié)同才能達到最大的效率；

對于一些生產而言，由于機器人被關在鐵籠子里，這使得很多復雜的需要人配合的工作無法進行，因此，在未來，人機協(xié)同工作是一個熱點研發(fā)方向，而正因為如此，安全將會更為突出。

2.非安全機器人融入有安全要求的生產線；

對于機器人制造商而言，進入不同的行業(yè)，必須考慮生產系統(tǒng)本身的安全性，系統(tǒng)的安全性取決于最短的那塊板，如果機器人本身無安全系統(tǒng)，則意味著帶來整個產線的安全等級將為0-對于生產系統(tǒng)而言，這是不允許的。

3.政策法規(guī)的要求。技術壁壘角度也會設置安全標準；

無論是IEC、ISO還是行業(yè)的，都會有對安全的標準要求，未來這將成為一個技術壁壘也會成為政策性必須完善的領域。

④安全系統(tǒng)開發(fā)周期長，不屬于拿來即用的，因此必須未雨綢繆；

4.對終端生產企業(yè)而言，安全的生產環(huán)境是對員工的承諾；

很多時候，相對于安全所造成的后果，安全系統(tǒng)的投資并不是那么大，并且，提供更為安全、健康的工作環(huán)境，在人力資源越發(fā)匱乏的未來是一種企業(yè)負責人的表現(xiàn)。

3、SafeROBOTICS技術

早在2010年，貝加萊即開發(fā)了SLS@TCP來解決機器人關節(jié)的速度限制問題，這是符合EN ISO 10218-1規(guī)范的，針對機器人工具中心點（TCP）的速度限制，在以下幾種情況下對人起到保護作用：

①減速運行

②示教

③設備維護

之所以需要設計SLS@TCP，是因為機器人的TCP速度并非像定位同步控制的速度是一個給定值，機器人的TCP是一個運動學值，是與各個關節(jié)的速度均是有關系的，并且，在出現(xiàn)動作時，減速也意味著需要為每個關節(jié)計算速度值。

圖1.SLS@TCP功能塊示例

對于安全的開發(fā)，基于Automation Studio內嵌的SafeDESIGNER，用戶可以以可視化方式開發(fā)集成安全應用，這里的集成包含：

（1）.SafeMOTION、SafeI/O、SafeLOGIC、openSAFETY、SafeROBOTICS

（2）.機器人與運動控制的安全協(xié)同，即，機器人并非獨立工作，而是與其它設備在安全域的集成，可以實現(xiàn)諸如機器人與注塑機、鈑金設備、變位機等的安全集成，確保整線而非單機的安全工作。

圖2.模塊化與可視化的openSAFETY應用開發(fā)

圖3.基于PLCopen Safety庫的開發(fā)

基于PLCopen Safety的庫使得其更為標準化，也更為簡單，這些功能塊均是經(jīng)過測試并反復驗證，滿足IEC61508、EN13849等國際標準。

4、安全新增SLP & SLO功能

2014年，貝加萊更新了多種用于安全機器人控制的功能。用戶只需登陸SafeDESIGNER就可監(jiān)測以下功能：SafeRC SLS，SafeRC SLP和SafeRC SLO。這些SafeROBOTICS功能基于“配置方便（Easy-to-configure）”的功能塊，不僅靈活適應環(huán)境，而且方便驗證。

除了監(jiān)測TCP速度和串聯(lián)機器人所有關節(jié)速度（即SLS），也可用來監(jiān)測SLP和工具安裝法蘭定位。貝加萊ACOPOS伺服驅動提供安全軸定位，這一定位集成了安全功能。已知該定位，就可以計算出所有關節(jié)坐標位置，工具安裝方蘭坐標位置，TCP坐標位置和附加監(jiān)測點坐標位置。

圖4.機器人安全位置限制SLP

4.1 SLP-安全位置限制

如圖1,為了更直觀地監(jiān)測安全工作空間（SLP），將旋轉立方體定義為工作空間（WS），旋轉平面定義為安全間隙（SS）。在安全應用中，一些特殊函數(shù)空間用于控制與位置有關的運動；這些特殊函數(shù)空間擴大了SafeRC SLP安全功能的范圍。

圖5-機器人安全工作空間與安全間隙

4.2計算制動距離

依據(jù)流速和機器人位置可以確定每個運動物體的制動距離。如果設定好制動減速，在達到工作空間界限之前機器人無法停止，這就表明仍有狀態(tài)輸出。當工作空間受到妨礙時，可以最大程度地減少超出距離，讓工作空間限制更精確地契合機器人的操作區(qū)域，從而減少空間需求。

例如，依據(jù)應用，通過觸發(fā)所有關節(jié)軸的STO功能可以停止機器人動作。計算和確定位置的公差可以確保在工作空間受干擾前已經(jīng)設定好狀態(tài)輸出。

4.3安全方向監(jiān)測

安全定位監(jiān)測用來監(jiān)測工具安裝法蘭在空間的位置，即固定的方向矢量和隨法蘭移動的方向矢量之間的角度。方向矢量的自由選擇應用很廣，這種選擇已經(jīng)結合了安全應用中多情況監(jiān)測功能塊。例如，可以定義已監(jiān)測的與電流TCP位置相關的工具定位邊界角，通過狀態(tài)輸出可表明是否超出空間中限定的邊界角。

圖5.安全方向限制

4.4監(jiān)測被動關節(jié)以增加安全性

在現(xiàn)有速度檢測功能（SLS）上增加了新特征。例如，配置和監(jiān)測那些隨機器人移動的額外監(jiān)測點，包括串聯(lián)機器人的被動關節(jié)。這些關節(jié)的軸位置是主動關節(jié)軸位置的線性組合，連起來可以增加配置中串聯(lián)機器人的數(shù)量。

圖6.安全速度限制

4.5采用診斷功能塊進行驗證

除了參數(shù)和安全功能塊，需要特別注意驗證用于安全應用方面的參數(shù)。針對這一需求，診斷功能塊既可以驗證機器人的配置，也可以驗證與監(jiān)測功能相關的參數(shù)。采用診斷功能塊，可以輸出坐標位置，所有運動物體的速度，定位角度以及制動距離。在不改變安全應用的試車環(huán)節(jié)，可以驗證與安全相關的參數(shù)。

機器人的安全問題必須得以重視，尤其對于那些行業(yè)的領導者而言。