GB/T 39402-2020
基本信息
标准号： GB/T 39402-2020
中文名称：面向人机协作的工业机器人设计规范
标准类别：国家标准(GB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
下载格式：.zip .pdf
下载大小：1705333
标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
GB/T 39402-2020.Design specification of collaborative industrial robot.
1范围
GB/T 39402规定了面向人机协作的工业机器人的术语和定义、设计原则和设计要求、使用信息、验证和确认方法。
GB/T 39402适用于面向人机协作的工业机器人的设计和开发。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的,凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 5226.1-2019机械电气安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件
GB 11291.1-2011工业环境用机器人 安全要求 第1部分:机器人
GB 11291.2-2013机器人与机器 人装备工业机器 人的安全要求第 2部分:机器人系统与集成
GB/T 15706-2012机械安全设计通则风险评估与风险减小
GB/T 16754-2008机械安全 急停设计原则
GB/T 16855.1-2018机械安全控制 系统安全相关部件第 1部分:设计通则
GB/T 17799.2-2003 电磁兼容通用标准工业环境中的抗扰度试验
GB 17799.4-2012电磁兼容通用标准工 业环境中的发射
GB/T 20438.1-2017电气/电子/可编程电子安 全相关系统的功能安全第1部分:一般要求
GB/T 36008-2018机器人 与机器人装备协作机器人
3术语和定义
GB/T 15706-2012、GB 11291.1-2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为便于使用，以下重复列出了GB/T 15706-2012、GB 11291.1-2011中的某些术语和定义。
3.1
危险 hazard
潜在的伤害源。
[GB/T 15706-2012,定义3.6]
3.2
风险 risk
伤害发生的概率与伤害严重程度的组合。
[GB/T 15706-2012,定 义3.12]
1范围
GB/T 39402规定了面向人机协作的工业机器人的术语和定义、设计原则和设计要求、使用信息、验证和确认方法。
GB/T 39402适用于面向人机协作的工业机器人的设计和开发。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的,凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 5226.1-2019机械电气安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件
GB 11291.1-2011工业环境用机器人 安全要求 第1部分:机器人
GB 11291.2-2013机器人与机器 人装备工业机器 人的安全要求第 2部分:机器人系统与集成
GB/T 15706-2012机械安全设计通则风险评估与风险减小
GB/T 16754-2008机械安全 急停设计原则
GB/T 16855.1-2018机械安全控制 系统安全相关部件第 1部分:设计通则
GB/T 17799.2-2003 电磁兼容通用标准工业环境中的抗扰度试验
GB 17799.4-2012电磁兼容通用标准工 业环境中的发射
GB/T 20438.1-2017电气/电子/可编程电子安 全相关系统的功能安全第1部分:一般要求
GB/T 36008-2018机器人 与机器人装备协作机器人
3术语和定义
GB/T 15706-2012、GB 11291.1-2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为便于使用，以下重复列出了GB/T 15706-2012、GB 11291.1-2011中的某些术语和定义。
3.1
危险 hazard
潜在的伤害源。
[GB/T 15706-2012,定义3.6]
3.2
风险 risk
伤害发生的概率与伤害严重程度的组合。
[GB/T 15706-2012,定 义3.12]
标准图片预览
标准内容
ICS25.040.30
中华人民共和国国家标准
GB/T39402—2020
面向人机协作的工业机器人设计规范Design specification of collaborative industrial robot2020-11-19发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-06-01实施
GB/T39402—2020
规范性引用文件
术语和定义
设计原则
危险识别与风险评估
设计要求
通用要求
机械设计
人机交互界面
外部接口设计
协同操作要求
与安全相关的控制系统性能
与安全相关的零部件.
机器人安全功能
使用信息
验证与确认
通则·
验证与确认方法…
7.3验证与确认要求
附录A（规范性附录）
安全要求和措施的验证方法
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本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159)归口。GB/T39402—2020
本标准起草单位：邀博（北京）智能科技有限公司、北京机械工业自动化研究所有限公司、北京航空航天大学、首都师范大学、安徽配天机器人技术有限公司、清能德创电气技术（北京）有限公司、工业和信息化部计算机与微电子发展研究中心（中国软件评测中心）、武汉科技大学、上海沃迪智能装备股份有限公司、广东省智能制造研究所、清华天学、莱茵技术（上海）有限公司、深圳吉阳智能科技有限公司。本标准主要起草人：魏洪兴、宋仲康、赵永利、崔元洋、邵振洲、杨书评、谈金东、朱志昆、刘刚、王钰、刘颖、李煜、王泽涵、张俊丰、赵晓飞、闵华松、童上高、周雪峰、肖曦、肖玲、黄永衡。1
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GB/T39402—2020
在工业生产中，人类擅长解决那些精度要求不高但有一定灵活度要求的问题，而机器则适合解决具有高精确性、高强度以及高承载力特点的作业。为了保证足够的安全性，在传统的机器人应用中，一般配备防护装置，以防止对操作人员造成伤害。因此在这种环境下，人工干预或配合的工作就很难使用机器人系统来完成。而面向人机协作的工业机器人，不仅具备机器人的性能特点，同时还能与人协同操作，可大幅拓宽机器人的应用领域，提升生产效率。本标准提供了一种面向人机协作的工业机器人设计规范，为制造商以及集成商制造和使用具备人机协同操作功能的工业机器人提供标准依据。rrkaerkAca
1范围
面向人机协作的工业机器人设计规范GB/T39402—2020
本标准规定了面向人机协作的工业机器人的术语和定义、设计原则和设计要求、使用信息、验证和确认方法。
本标准适用于面向人机协作的工业机器人的设计和开发规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件GB/T5226.1一2019机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB11291.1一2011工业环境用机器人，安全要求第1部分：机器人交第2部分：机器人系统与
GB11291.2一2013机器人与机器人装备工业机器人的安全要求集成
GB/T15706一2012机械安全设计通则风险评估与风险减小机械安全急停设计原则
GB/T167542008
GB/T16855.1一2018机械安全控制系统安全相关部件第1部分：设计通则GB/T17799.22003
电磁兼容通用标准工业环境中的抗扰度试验电磁兼容通用标准工业环境中的发射GB17799.4-2012
GB/T20438.12017
电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第1部分：一般要求GB/T36008—2018机器人与机器人装备协作机器人术语和定义
GB/T15706一2012、GB11291.1—2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为便于使用，以下重复列出了GB/T15706—2012、GB11291.1—2011中的某些术语和定义。3.1
危险hazard
潜在的伤害源。
［GB/T15706—2012.定义3.6]
风险risk
伤害发生的概率与伤害严重程度的组合。[GB/T15706—2012，定义3.12]
riskassessment
风险评估
风险分析和风险评价的全过程。注：改写GB/T15706—2012，定义3.17。rKaeerKAca-
GB/T39402—2020
协作操作collaborativeoperation规定了一种专门设计的机器人系统与操作者工作于协作工作空间中的行为。注：改写GB11291.1-2011.定义3.4。3.5
collaborative workspace
协作工作空间
在安全防护空间内，机器人与人在生产活动中可同时执行任务的工作空间。注：改写GB11291.1—2011.定义3.5。3.6
人机协作的工业机器人：collaborativeindustrialrobot具备人机协同操作功能的多关节机械手或多自由度工业机器人。3.7
静态碰撞保护
quasi-staticscollisionprotection机器人在有源（带电）处于静止状态时，外部人或设备与机器人发生非预期物理碰撞触发的机器人安全保护功能。
安装姿态自适应mountingposeadaptation机器人可自我感知当前安装姿态，并依据姿态感知结果调整软件算法以使机器人运行在正确的状态。
4设计原则
4.1通则
为了避免碰撞或限制接触力，设计中应使用安全控制系统实时监控人机协作的工业机器人的运行速度及其输出功率。为了满足人机协同工作的柔性化生产需求，面向人机协作的工业机器人应具备尺寸小，且能安装在复杂狭小工作空间内的特点。GB/T36008一2018描述了包括面向人机协作的工业机器人及其相关系统集成的安全性要求，该机器人的操作特性与传统机器人系统及其他机器系统截然不同。在面向人机协作的工业机器人操作中.操作者可近距离地工作在加载了动力的机器人旁边，且可在协作空间中发生物理接触（协同工作空间示例见图1.俯视图）。
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说明：
1——操作空间：
2——协同工作空间。
图1协同工作空间示例
GB/T39402—2020
任何面向人机协作的工业机器人系统设计都应满足保护性指标，以保证在机器人进行协作作业时操作者的安全。另外，风险评估也是必要的，在该机器人系统应用时，对其进行相应的危险识别和风险估计，采取措施降低风险。
4.2危险识别与风险评估
4.2.1通则
面向人机协作的工业机器人应符合GB11291.1一2011的要求，在集成使用时应符合GB11291.22013的规定。
集成商应对GB11291.1一2011中所述的协作操作进行风险评估，特别要考虑到操作者和机器人系统之间所涉及的潜在接触或者可合理预见的接触，另外，操作者在协作交互中预计的可达性也要考虑在机器人应用集成方案的设计中，使用者应参与集成方案的风险评估和工作空间设计4.2.2危险识别
机器人与机器人系统的主要危险列表按GB11291.2—2013中附录A规定，是按GB/T157062012的规定进行危险识别和风险评估的结果。特定的协作应用（例如搬运、激光切割和加工)可造成进一步的危险（例如烟雾、气体、化学物质和执物质）。这此危险应编制为特定协作应用风险评估中的独立依据。
危险识别的流程应至少包含以下内容：a）机器人相关的危险，包括：
1）机器人的特性（例如载重、速度、力、动力、力矩、功率、几何形状、表面形状与材料等）；2）操作者与机器人发生的物理接触；3）操作者临近机器人的潜在危险（例如工作于机器人下方）；b）：机器人系统的相关危险，包括：1）末端与工件的危险，包括缺少人体工学设计、锋利边缘、工件缺损、凸出、使用换刀装置等；2）有关零件摆放、结构朝向的操作者运动与位置（固定结构、建筑支撑、墙等），以及固定物的危险位置；
nKaeerKAca-
GB/T39402—2020
固定物设计、堆码放与操作以及其他危险；4）与操作者或生产线上其他设备发生物理接触；任何手控的机器人引导设备的设计与摆放（例如可达性、人体工学、潜在误用、来自控制与5）
状态指示中可能的混淆等）：
周边设备的影响（例如吡邻机器人的保护罩被移开、激光切削的逼近等）；应用的相关危险，包括：
1）过程中的特定危险（例如温度、部件进出、焊接飞溅等）：2）个人防护性装备使用所导致的限制；3）人体工学设计的不足（例如导致缺失注意力、不合理操作等）。4.2.3任务识别
集成商在使用协作机器人开发人机协作应用的过程中，所有在合理范围内可预见的任务与危险都应一同进行识别并评估安全性。协作任务的特性如下：a）操作者和运动的机器人系统处在协作空间下的频繁性；b）操作者与机器人系统接触力（例如手动引导、与工具或工件的物理交互等）；机器人系统自主操作与协作操作之间的过渡；c
协作操作完成之后，进行自动或手动重启机器人系统的动作；d)
多人任务；
协作空间中的任何额外任务
4.2.4消除危险与降低风险
识别危险后，有必要在采取适当措施前，评估面向人机协作的工业机器人的系统相关风险，以充分降低风险。这些措施基于以下基本原则，按优先顺序列出（见GB11291.2一2013的4.1.2）：a）通过设计消除危险或通过替代降低风险；b）通过安全防护措施防止操作员接触危险·或在操作员接触危险之前确保危险降至安全状态（例如停车、限制力、限制速度）；c）提供诸如使用资料、培训、标记、人员保护设备等补充性保护措施。对于传统机器人系统来说，降低风险可由分隔操作者和机器人系统来实现。而对协作操作来说，机器人系统及其工作空间在设计与应用时，降低风险应重点列出。针对协作操作风险降低的方法在第5章规定。
5设计要求
5.1通则
应依据GB/T36008—2018以及GB11291.1—2011中有关降低危险的原则来设计机器人。机器人和机器人系统的设计及制造应达到5.2的要求。5.2
2通用要求
5.2.1电磁兼容性（EMC）
机器人的设计和制造应符合GB/T17799.2一2003及GB17799.42012的要求，检查项目见表14
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检查项目
电磁兼容（EMC)检查项目
依据标准章条号
150kHz~30MHz传导发射
30MHz~1000MHz辐射发射
静电放电
射频调幅电磁场
快速瞬变
射频共模
工频磁场
电气要求
GB17799.4—2012表2
GB/T39402—2020
GB17799.4—2012表1中1.1
GB/T17799.2—2003表1中1.3
GB/T17799.2—2003表1申1.2
GB/T17799.2—2003表2中2.2、表4中4.2GB/T17799.22003表2中2.3、表4中4.3GB/T17799.2—2003表2中2.1、表4中4.1GB/T17799.2—2003表1中1.1
机器人电气设备的设计及制造应符合GB/T5226.1—2019的相关要求。机器人有可能与操作者在进行协同操作时发生直接物理接触的裸露部分，电气参数应设置在人体可接受的安全电压范围内，电压不应高于36V。5.2.3防护等级
机器人在与操作者进行协同操作时有可能发生直接的物理接触，机器人应具备防护性能，以保证机器人本身控制系统的可靠性与安全性。与人发生物理操作时，任何情况下均不能伤害操作者。机器人应至少满足以下条件：
一机器人IP防护等级达到IP42或以上；机器人具备防静电安全设计；
机器人具备防意外触电安全设计。5.2.4安装要求
机器人应具备安装姿态自适应功能，确保机器人在底座上安装、吊装、壁装及其他特定安装方式下均能正常工作，并保证机器人在改变安装位置后拖动示教功能的安全性。5.3机械设计
机械结构
面向人机协作的工业机器人的机械结构设计应考虑到人与机器人的协同工作，因此，机器人各个关节的机械连接方式应考虑人的身体部位不会被机器人夹伤或挤压。机器人与人及工作单元内周边设备在协同工作时，直接发生接触的部分不应有锋利的边缘、突起的棱角等易产生危险的机械结构。在人机协同工作时，对于机器人与人或设备能发生直接接触的机械结构，应充分考虑降低发生物理接触时的伤害，应至少采用以下一种设计方式：a）增加接触表面积：
1）圆边与圆角；
2）平滑表面；
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GB/T39402—2020
3）兼容性的表面。
b）吸收能量，延长能量传递时间.降低冲击力：1）缓冲衬垫；
2）可变形的组件；
3）兼容性的关节与连杆。
c）限制运动质量。
d）设计可变刚度的驱动关节。
机器人各关节的机械连接方式，应充分考虑不增加额外的风险。各关节的机械连接机构应采用平滑过渡的机械结构设计，不应使机器人外观结构上有直接的突出部分因机器人机械机构设计而导致人体部位可能被夹住或锁死的，应在机器人有该风险部位增加明显风险标识，并在用户使用手册上明确指出。5.3.2刹车装置
设计机器人刹车方案时，应确保机器人在无驱动源（例如断电）状态下刹车处于抱闸锁死状态，并在任意姿态下都不会由于自身重力而发生非人为操作的移动。在紧急情况或异常情况下，去除机器人驱动源（例如断电），机器人各关节应仍能在人为干预下运动，确保在意外夹到操作员等紧急异常情况下，可人为移开机器人，解除紧急情况或异常情况。此方式下，机器人刹车设备应确保机器人在无驱动源状态下，各关节能够在一个成年人的外力作用下移动。解除紧急情况或异常情况的操作应易于接近、易于操作，且具备防误操作设计。在用户信息手册上应明确指出这种操作的说明，且应有培训人员应对紧急或异常情况的建议用户信息手册上应包含对重力或释放刹车装置可导致的额外危险的警告。只要可行，警告标识应贴于解除紧急情况或异常情况装置的附近。5.4人机交互界面
5.4.1总体要求
面向人机协作工业机器人的人机交互界面设计应考虑提升人机交互的易用性、直观性以及安全性。5.4.2示教界面
机器人示教界面应显示机器人实时状态参数，包括在选定坐标系下的姿态及位置参数。示教界面应提供不同坐标系选项用户可据此选择在不同的坐标系下来示教机器人。机器人的姿态及位置参数应依据用户选择的不同坐标系而改变机器人示教界面应提供示教时机器人运动速度控制选项，用户可在示教状态下实时控制机器人在安全速度下运行。
机器人示教界面应提供机器人仿真界面选项。进人仿真界面后，真实机器人在任何情况下均不能发生运动。仿真界面下，用户对机器人的所有运动控制均由仿真机器人体现示教界面应提供直观形象的机器人关节控制、末端位置控制、末端姿态控制显示。5.4.3编程方式
面向人机协作的工业机器人的编程方式应具备模块化、任务级、简单易用等特性，确保人机协作的可靠交互性。编程界面应至少提供以下编程方式中的一种：采用树状编程结构，控制流程清晰显示在操作界面上，确保用户可快速排查控制逻辑：采用任务级编程方式，将常用固定的运动控制指令集合为一个任务模块，用户可直接调用；6
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GB/T39402—2020
一采用可视化编程方式，用户可依据单个编程指令操作机器人运动到相应位姿，实时观察机器人状态。
机器人运行工程文件的编写应具备可实时修改、调试方便等功能，降低用户使用门槛。应至少包含以下儿种功能：
工程文件可进行新建、保存、打开文件及进行缺省配置；一工程文件可进行启动、暂停、继续、停止和单步操作；一编辑工程文件时，可进行撤销、恢复、剪切、复制、粘贴、删除操作；—一编辑工程文件时，可使用常用简单编程指令来编写程序；—一可设置及调用变量；
一提供脚本文件导入功能；
提供协作编程选项，例如手动引导、轨迹示教（机械臂可自动学习用户示教轨迹及以往的运行轨迹）等功能。S1G
5.4.4界面管理
机器人软件应至少包含以下界面设置、显示及接口功能：显示锁屏时间及锁屏密码；
显示机器人日志信息，包括日期、时刻、消息类别、消息描述等信息；一显示机器人控制柜、示教器及各关节电压电源温度状态：直接在机器人软件界面进行版本升级，并具备版本信息显示功能；能够清晰显示并区分不同版本；
提供坐标系标定功能，坐标系标定完成后，用户根据不同应用场景对机器人进行示教及编程；一提供工具标定功能，用户可在使用不同工具时进行工具参数切换；一进行外部设备设置，以同其他机器人或外部设备进行通信及控制：具备离线编程功能，对用户开放离线接口，用户可快速导人第三方离线编程软件数据到控制系统。
5.5外部接口设计
5.5.1功能设计
面向人机协作的工业机器人应具备强大、便捷的外部设备融合能力，提升人机协作功能的多样化需求。用户可在外部设备扩展界面下添加扩展设备，方便集成应用。机器人外部接口应包含但不限于以下功能：
a）脚本语言扩展库。脚本语言的扩展库应涵盖机器人的所有控制功能，可充分利用脚本语言的特性，使软件具备更高的扩展性和移植性，并且能够充分地利用脚本语言丰富的库资源，使机器人软件扩展更加灵活，功能更加丰富b）通用软件开发包SDK。提供了一套基于标准协议的机器人控制接口，使得用户能够更加便捷、快速地将机器人集成到自己的项自中。脚本编辑器软件。为用户提供了一套完整的脚本开发环境，使得用户可在离线的情况下，对机c）
器人进行编程工作。编程结束后脚本可直接在机器人示教器软件中运行。机器人控制器插件接口。允许第三方开发者根据自已的需求扩展示教器软件功能，使得软件d）
具有无限扩展的能力。例如：
1）将机械手爪添加到控制器软件中，可显示在人机交互界面上；2）将Modbus设备添加到控制器软件中，可显示在人机交互界面上：-iKacerKAca-
GB/T39402—2020
3）将智能相机集成到控制器软件中，可显示在人机交互界面上4）码垛工艺包等等。
提供机器人操作系统（ROS）接口，使得用户可依托ROS平台上强大的功能包和扩展库，快速、便捷开发机器人应用。
5.5.2状态和指示
指令装置的状态应在任何时候都清晰显示，如电源开启、操作模式、故障报警等。对于操作者来说，状态指示应放在明显的位置bZxz.net
在远程控制时，每个指令装置应清楚地识别其控制的机器人的部件。远程控制系统的设计和制造应针对：
机器人的相关部件；
相关功能。
5.5.3连接和断开
无论有意或无意的任何指令装置的连接、断开和重连接，或指令装置发生连接故障时，若继续运行任务会导致不可接受的风险，则机器人应启动保护性停止。远程控制时.机器人应设计、制造成仅对来自预定控制单元的信号做出反应。5.5.4接口使用权限管理
即使通过远程访问，也应采取措施以避免未授权的控制或参数改变。根据风险评估，应提供避免非授权使用的方法（例如密码保护）。例如使用钥匙或加密狗装置以避免非预定的机器人启动或运动，制造商应设置不同用户的不同访问权限。5协同操作要求
5.6.1功能要求
应依据GB/T36008-2018以及GB11291.1—2011中有关协同操作的原则来设计机器人协作功能。
5.6.2安全监控停止
安全监控停止特性使机器人停止运动，以允许操作员在协作工作空间中和机器人直接交互并完成任务（例如给终端执行器加装零件）。如果协作工作空间里没有人，机器人可自主地操作。若该安全监控停止功能激活，机器人应停止运动，此时协作人员才可进人协作工作空间。只有在操作者离开协作工作空间以后，机器人系统才可无干预地自行恢复机器人在进入，退出安全监控停止状态时，应对操作者发出明显的状态指示，机器人应依据GB11291.1—2011的5.5.3配置保护性停止功能5.6.3手动引导
在该协同操作方法中，操作者可使用手动设备向机器人系统发送运动指令或者直接手动拖动机器人进行协同操作。在操作者被允许进人协作工作空间控制手动引导任务之前，机器人应处在安全监控停止状态。操作者应手动激活机器人手动引导协同操作功能，以完成任务。触发机器人进人、退出手动引导状态的装置应为三位置使能设备，三位置使能设备应满足GB11291.1—2011的5.8.3要求
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2021-06-01实施
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设计原则
危险识别与风险评估
设计要求
通用要求
机械设计
人机交互界面
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协同操作要求
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与安全相关的零部件.
机器人安全功能
使用信息
验证与确认
通则·
验证与确认方法…
7.3验证与确认要求
附录A（规范性附录）
安全要求和措施的验证方法
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本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159)归口。GB/T39402—2020
本标准起草单位：邀博（北京）智能科技有限公司、北京机械工业自动化研究所有限公司、北京航空航天大学、首都师范大学、安徽配天机器人技术有限公司、清能德创电气技术（北京）有限公司、工业和信息化部计算机与微电子发展研究中心（中国软件评测中心）、武汉科技大学、上海沃迪智能装备股份有限公司、广东省智能制造研究所、清华天学、莱茵技术（上海）有限公司、深圳吉阳智能科技有限公司。本标准主要起草人：魏洪兴、宋仲康、赵永利、崔元洋、邵振洲、杨书评、谈金东、朱志昆、刘刚、王钰、刘颖、李煜、王泽涵、张俊丰、赵晓飞、闵华松、童上高、周雪峰、肖曦、肖玲、黄永衡。1
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在工业生产中，人类擅长解决那些精度要求不高但有一定灵活度要求的问题，而机器则适合解决具有高精确性、高强度以及高承载力特点的作业。为了保证足够的安全性，在传统的机器人应用中，一般配备防护装置，以防止对操作人员造成伤害。因此在这种环境下，人工干预或配合的工作就很难使用机器人系统来完成。而面向人机协作的工业机器人，不仅具备机器人的性能特点，同时还能与人协同操作，可大幅拓宽机器人的应用领域，提升生产效率。本标准提供了一种面向人机协作的工业机器人设计规范，为制造商以及集成商制造和使用具备人机协同操作功能的工业机器人提供标准依据。rrkaerkAca
1范围
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本标准规定了面向人机协作的工业机器人的术语和定义、设计原则和设计要求、使用信息、验证和确认方法。
本标准适用于面向人机协作的工业机器人的设计和开发规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件GB/T5226.1一2019机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB11291.1一2011工业环境用机器人，安全要求第1部分：机器人交第2部分：机器人系统与
GB11291.2一2013机器人与机器人装备工业机器人的安全要求集成
GB/T15706一2012机械安全设计通则风险评估与风险减小机械安全急停设计原则
GB/T167542008
GB/T16855.1一2018机械安全控制系统安全相关部件第1部分：设计通则GB/T17799.22003
电磁兼容通用标准工业环境中的抗扰度试验电磁兼容通用标准工业环境中的发射GB17799.4-2012
GB/T20438.12017
电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第1部分：一般要求GB/T36008—2018机器人与机器人装备协作机器人术语和定义
GB/T15706一2012、GB11291.1—2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为便于使用，以下重复列出了GB/T15706—2012、GB11291.1—2011中的某些术语和定义。3.1
危险hazard
潜在的伤害源。
［GB/T15706—2012.定义3.6]
风险risk
伤害发生的概率与伤害严重程度的组合。[GB/T15706—2012，定义3.12]
riskassessment
风险评估
风险分析和风险评价的全过程。注：改写GB/T15706—2012，定义3.17。rKaeerKAca-
GB/T39402—2020
协作操作collaborativeoperation规定了一种专门设计的机器人系统与操作者工作于协作工作空间中的行为。注：改写GB11291.1-2011.定义3.4。3.5
collaborative workspace
协作工作空间
在安全防护空间内，机器人与人在生产活动中可同时执行任务的工作空间。注：改写GB11291.1—2011.定义3.5。3.6
人机协作的工业机器人：collaborativeindustrialrobot具备人机协同操作功能的多关节机械手或多自由度工业机器人。3.7
静态碰撞保护
quasi-staticscollisionprotection机器人在有源（带电）处于静止状态时，外部人或设备与机器人发生非预期物理碰撞触发的机器人安全保护功能。
安装姿态自适应mountingposeadaptation机器人可自我感知当前安装姿态，并依据姿态感知结果调整软件算法以使机器人运行在正确的状态。
4设计原则
4.1通则
为了避免碰撞或限制接触力，设计中应使用安全控制系统实时监控人机协作的工业机器人的运行速度及其输出功率。为了满足人机协同工作的柔性化生产需求，面向人机协作的工业机器人应具备尺寸小，且能安装在复杂狭小工作空间内的特点。GB/T36008一2018描述了包括面向人机协作的工业机器人及其相关系统集成的安全性要求，该机器人的操作特性与传统机器人系统及其他机器系统截然不同。在面向人机协作的工业机器人操作中.操作者可近距离地工作在加载了动力的机器人旁边，且可在协作空间中发生物理接触（协同工作空间示例见图1.俯视图）。
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说明：
1——操作空间：
2——协同工作空间。
图1协同工作空间示例
GB/T39402—2020
任何面向人机协作的工业机器人系统设计都应满足保护性指标，以保证在机器人进行协作作业时操作者的安全。另外，风险评估也是必要的，在该机器人系统应用时，对其进行相应的危险识别和风险估计，采取措施降低风险。
4.2危险识别与风险评估
4.2.1通则
面向人机协作的工业机器人应符合GB11291.1一2011的要求，在集成使用时应符合GB11291.22013的规定。
集成商应对GB11291.1一2011中所述的协作操作进行风险评估，特别要考虑到操作者和机器人系统之间所涉及的潜在接触或者可合理预见的接触，另外，操作者在协作交互中预计的可达性也要考虑在机器人应用集成方案的设计中，使用者应参与集成方案的风险评估和工作空间设计4.2.2危险识别
机器人与机器人系统的主要危险列表按GB11291.2—2013中附录A规定，是按GB/T157062012的规定进行危险识别和风险评估的结果。特定的协作应用（例如搬运、激光切割和加工)可造成进一步的危险（例如烟雾、气体、化学物质和执物质）。这此危险应编制为特定协作应用风险评估中的独立依据。
危险识别的流程应至少包含以下内容：a）机器人相关的危险，包括：
1）机器人的特性（例如载重、速度、力、动力、力矩、功率、几何形状、表面形状与材料等）；2）操作者与机器人发生的物理接触；3）操作者临近机器人的潜在危险（例如工作于机器人下方）；b）：机器人系统的相关危险，包括：1）末端与工件的危险，包括缺少人体工学设计、锋利边缘、工件缺损、凸出、使用换刀装置等；2）有关零件摆放、结构朝向的操作者运动与位置（固定结构、建筑支撑、墙等），以及固定物的危险位置；
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GB/T39402—2020
固定物设计、堆码放与操作以及其他危险；4）与操作者或生产线上其他设备发生物理接触；任何手控的机器人引导设备的设计与摆放（例如可达性、人体工学、潜在误用、来自控制与5）
状态指示中可能的混淆等）：
周边设备的影响（例如吡邻机器人的保护罩被移开、激光切削的逼近等）；应用的相关危险，包括：
1）过程中的特定危险（例如温度、部件进出、焊接飞溅等）：2）个人防护性装备使用所导致的限制；3）人体工学设计的不足（例如导致缺失注意力、不合理操作等）。4.2.3任务识别
集成商在使用协作机器人开发人机协作应用的过程中，所有在合理范围内可预见的任务与危险都应一同进行识别并评估安全性。协作任务的特性如下：a）操作者和运动的机器人系统处在协作空间下的频繁性；b）操作者与机器人系统接触力（例如手动引导、与工具或工件的物理交互等）；机器人系统自主操作与协作操作之间的过渡；c
协作操作完成之后，进行自动或手动重启机器人系统的动作；d)
多人任务；
协作空间中的任何额外任务
4.2.4消除危险与降低风险
识别危险后，有必要在采取适当措施前，评估面向人机协作的工业机器人的系统相关风险，以充分降低风险。这些措施基于以下基本原则，按优先顺序列出（见GB11291.2一2013的4.1.2）：a）通过设计消除危险或通过替代降低风险；b）通过安全防护措施防止操作员接触危险·或在操作员接触危险之前确保危险降至安全状态（例如停车、限制力、限制速度）；c）提供诸如使用资料、培训、标记、人员保护设备等补充性保护措施。对于传统机器人系统来说，降低风险可由分隔操作者和机器人系统来实现。而对协作操作来说，机器人系统及其工作空间在设计与应用时，降低风险应重点列出。针对协作操作风险降低的方法在第5章规定。
5设计要求
5.1通则
应依据GB/T36008—2018以及GB11291.1—2011中有关降低危险的原则来设计机器人。机器人和机器人系统的设计及制造应达到5.2的要求。5.2
2通用要求
5.2.1电磁兼容性（EMC）
机器人的设计和制造应符合GB/T17799.2一2003及GB17799.42012的要求，检查项目见表14
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检查项目
电磁兼容（EMC)检查项目
依据标准章条号
150kHz~30MHz传导发射
30MHz~1000MHz辐射发射
静电放电
射频调幅电磁场
快速瞬变
射频共模
工频磁场
电气要求
GB17799.4—2012表2
GB/T39402—2020
GB17799.4—2012表1中1.1
GB/T17799.2—2003表1中1.3
GB/T17799.2—2003表1申1.2
GB/T17799.2—2003表2中2.2、表4中4.2GB/T17799.22003表2中2.3、表4中4.3GB/T17799.2—2003表2中2.1、表4中4.1GB/T17799.2—2003表1中1.1
机器人电气设备的设计及制造应符合GB/T5226.1—2019的相关要求。机器人有可能与操作者在进行协同操作时发生直接物理接触的裸露部分，电气参数应设置在人体可接受的安全电压范围内，电压不应高于36V。5.2.3防护等级
机器人在与操作者进行协同操作时有可能发生直接的物理接触，机器人应具备防护性能，以保证机器人本身控制系统的可靠性与安全性。与人发生物理操作时，任何情况下均不能伤害操作者。机器人应至少满足以下条件：
一机器人IP防护等级达到IP42或以上；机器人具备防静电安全设计；
机器人具备防意外触电安全设计。5.2.4安装要求
机器人应具备安装姿态自适应功能，确保机器人在底座上安装、吊装、壁装及其他特定安装方式下均能正常工作，并保证机器人在改变安装位置后拖动示教功能的安全性。5.3机械设计
机械结构
面向人机协作的工业机器人的机械结构设计应考虑到人与机器人的协同工作，因此，机器人各个关节的机械连接方式应考虑人的身体部位不会被机器人夹伤或挤压。机器人与人及工作单元内周边设备在协同工作时，直接发生接触的部分不应有锋利的边缘、突起的棱角等易产生危险的机械结构。在人机协同工作时，对于机器人与人或设备能发生直接接触的机械结构，应充分考虑降低发生物理接触时的伤害，应至少采用以下一种设计方式：a）增加接触表面积：
1）圆边与圆角；
2）平滑表面；
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GB/T39402—2020
3）兼容性的表面。
b）吸收能量，延长能量传递时间.降低冲击力：1）缓冲衬垫；
2）可变形的组件；
3）兼容性的关节与连杆。
c）限制运动质量。
d）设计可变刚度的驱动关节。
机器人各关节的机械连接方式，应充分考虑不增加额外的风险。各关节的机械连接机构应采用平滑过渡的机械结构设计，不应使机器人外观结构上有直接的突出部分因机器人机械机构设计而导致人体部位可能被夹住或锁死的，应在机器人有该风险部位增加明显风险标识，并在用户使用手册上明确指出。5.3.2刹车装置
设计机器人刹车方案时，应确保机器人在无驱动源（例如断电）状态下刹车处于抱闸锁死状态，并在任意姿态下都不会由于自身重力而发生非人为操作的移动。在紧急情况或异常情况下，去除机器人驱动源（例如断电），机器人各关节应仍能在人为干预下运动，确保在意外夹到操作员等紧急异常情况下，可人为移开机器人，解除紧急情况或异常情况。此方式下，机器人刹车设备应确保机器人在无驱动源状态下，各关节能够在一个成年人的外力作用下移动。解除紧急情况或异常情况的操作应易于接近、易于操作，且具备防误操作设计。在用户信息手册上应明确指出这种操作的说明，且应有培训人员应对紧急或异常情况的建议用户信息手册上应包含对重力或释放刹车装置可导致的额外危险的警告。只要可行，警告标识应贴于解除紧急情况或异常情况装置的附近。5.4人机交互界面
5.4.1总体要求
面向人机协作工业机器人的人机交互界面设计应考虑提升人机交互的易用性、直观性以及安全性。5.4.2示教界面
机器人示教界面应显示机器人实时状态参数，包括在选定坐标系下的姿态及位置参数。示教界面应提供不同坐标系选项用户可据此选择在不同的坐标系下来示教机器人。机器人的姿态及位置参数应依据用户选择的不同坐标系而改变机器人示教界面应提供示教时机器人运动速度控制选项，用户可在示教状态下实时控制机器人在安全速度下运行。
机器人示教界面应提供机器人仿真界面选项。进人仿真界面后，真实机器人在任何情况下均不能发生运动。仿真界面下，用户对机器人的所有运动控制均由仿真机器人体现示教界面应提供直观形象的机器人关节控制、末端位置控制、末端姿态控制显示。5.4.3编程方式
面向人机协作的工业机器人的编程方式应具备模块化、任务级、简单易用等特性，确保人机协作的可靠交互性。编程界面应至少提供以下编程方式中的一种：采用树状编程结构，控制流程清晰显示在操作界面上，确保用户可快速排查控制逻辑：采用任务级编程方式，将常用固定的运动控制指令集合为一个任务模块，用户可直接调用；6
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一采用可视化编程方式，用户可依据单个编程指令操作机器人运动到相应位姿，实时观察机器人状态。
机器人运行工程文件的编写应具备可实时修改、调试方便等功能，降低用户使用门槛。应至少包含以下儿种功能：
工程文件可进行新建、保存、打开文件及进行缺省配置；一工程文件可进行启动、暂停、继续、停止和单步操作；一编辑工程文件时，可进行撤销、恢复、剪切、复制、粘贴、删除操作；—一编辑工程文件时，可使用常用简单编程指令来编写程序；—一可设置及调用变量；
一提供脚本文件导入功能；
提供协作编程选项，例如手动引导、轨迹示教（机械臂可自动学习用户示教轨迹及以往的运行轨迹）等功能。S1G
5.4.4界面管理
机器人软件应至少包含以下界面设置、显示及接口功能：显示锁屏时间及锁屏密码；
显示机器人日志信息，包括日期、时刻、消息类别、消息描述等信息；一显示机器人控制柜、示教器及各关节电压电源温度状态：直接在机器人软件界面进行版本升级，并具备版本信息显示功能；能够清晰显示并区分不同版本；
提供坐标系标定功能，坐标系标定完成后，用户根据不同应用场景对机器人进行示教及编程；一提供工具标定功能，用户可在使用不同工具时进行工具参数切换；一进行外部设备设置，以同其他机器人或外部设备进行通信及控制：具备离线编程功能，对用户开放离线接口，用户可快速导人第三方离线编程软件数据到控制系统。
5.5外部接口设计
5.5.1功能设计
面向人机协作的工业机器人应具备强大、便捷的外部设备融合能力，提升人机协作功能的多样化需求。用户可在外部设备扩展界面下添加扩展设备，方便集成应用。机器人外部接口应包含但不限于以下功能：
a）脚本语言扩展库。脚本语言的扩展库应涵盖机器人的所有控制功能，可充分利用脚本语言的特性，使软件具备更高的扩展性和移植性，并且能够充分地利用脚本语言丰富的库资源，使机器人软件扩展更加灵活，功能更加丰富b）通用软件开发包SDK。提供了一套基于标准协议的机器人控制接口，使得用户能够更加便捷、快速地将机器人集成到自己的项自中。脚本编辑器软件。为用户提供了一套完整的脚本开发环境，使得用户可在离线的情况下，对机c）
器人进行编程工作。编程结束后脚本可直接在机器人示教器软件中运行。机器人控制器插件接口。允许第三方开发者根据自已的需求扩展示教器软件功能，使得软件d）
具有无限扩展的能力。例如：
1）将机械手爪添加到控制器软件中，可显示在人机交互界面上；2）将Modbus设备添加到控制器软件中，可显示在人机交互界面上：-iKacerKAca-
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3）将智能相机集成到控制器软件中，可显示在人机交互界面上4）码垛工艺包等等。
提供机器人操作系统（ROS）接口，使得用户可依托ROS平台上强大的功能包和扩展库，快速、便捷开发机器人应用。
5.5.2状态和指示
指令装置的状态应在任何时候都清晰显示，如电源开启、操作模式、故障报警等。对于操作者来说，状态指示应放在明显的位置bZxz.net
在远程控制时，每个指令装置应清楚地识别其控制的机器人的部件。远程控制系统的设计和制造应针对：
机器人的相关部件；
相关功能。
5.5.3连接和断开
无论有意或无意的任何指令装置的连接、断开和重连接，或指令装置发生连接故障时，若继续运行任务会导致不可接受的风险，则机器人应启动保护性停止。远程控制时.机器人应设计、制造成仅对来自预定控制单元的信号做出反应。5.5.4接口使用权限管理
即使通过远程访问，也应采取措施以避免未授权的控制或参数改变。根据风险评估，应提供避免非授权使用的方法（例如密码保护）。例如使用钥匙或加密狗装置以避免非预定的机器人启动或运动，制造商应设置不同用户的不同访问权限。5协同操作要求
5.6.1功能要求
应依据GB/T36008-2018以及GB11291.1—2011中有关协同操作的原则来设计机器人协作功能。
5.6.2安全监控停止
安全监控停止特性使机器人停止运动，以允许操作员在协作工作空间中和机器人直接交互并完成任务（例如给终端执行器加装零件）。如果协作工作空间里没有人，机器人可自主地操作。若该安全监控停止功能激活，机器人应停止运动，此时协作人员才可进人协作工作空间。只有在操作者离开协作工作空间以后，机器人系统才可无干预地自行恢复机器人在进入，退出安全监控停止状态时，应对操作者发出明显的状态指示，机器人应依据GB11291.1—2011的5.5.3配置保护性停止功能5.6.3手动引导
在该协同操作方法中，操作者可使用手动设备向机器人系统发送运动指令或者直接手动拖动机器人进行协同操作。在操作者被允许进人协作工作空间控制手动引导任务之前，机器人应处在安全监控停止状态。操作者应手动激活机器人手动引导协同操作功能，以完成任务。触发机器人进人、退出手动引导状态的装置应为三位置使能设备，三位置使能设备应满足GB11291.1—2011的5.8.3要求
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