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GB/Z 43065.1-2023

基本信息

标准号: GB/Z 43065.1-2023

中文名称:机器人 工业机器人系统的安全设计 第1部分:末端执行器

标准类别:国家标准(GB)

英文名称:Robotics—Safety design for industrial robot systems—Part 1:End-effectors

标准状态:现行

发布日期:2023-09-07

实施日期:2024-04-01

出版语种:简体中文

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下载大小:11818557

标准分类号

标准ICS号:机械制造>>工业自动化系统>>25.040.30工业机器人、机械手

中标分类号:机械>>通用零部件>>J28自动化物流装置

关联标准

出版信息

出版社:中国标准出版社

页数:28页

标准价格:46.0

相关单位信息

起草人:杨书评、邹莹、宋仲康、李立言、王嘉、朱志昆、吴海腾、陶友瑞、陈静、郭玉光、陶永

起草单位:北京机械工业自动化研究所有限公司、北京联合大学、遨博(北京)智能科技股份有限公司、苏州安高智能安全科技有限公司、河北工业大学、杭州申昊科技股份有限公司、湖南沁峰机器人有限公司、北京航空航天大学

归口单位:全国机器人标准化技术委员会(SAC/TC 591)

提出单位:中国机械工业联合会

发布部门:国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会

标准简介

本文件提供了用于机器人系统末端执行器设计与集成的安全措施指导。集成包括以下内容:--末端执行器的制造、设计和集成;--必要的使用信息。本文件提供了有关机器人系统集成的附加安全指南,如GB 11291.2-2013中所述。


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标准内容

ICS25.040.30
CCSJ28
中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z43065.1—2023/ISO/TR20218-1:2018机器人
工业机器人系统的安全设计
第1部分:末端执行器
Robotics--Safety design for industrial robot systems-Part1:End-effectors
(ISO/TR20218-1:2018,IDT)
2023-09-07发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-04-01实施
规范性引用文件
术语和定义
风险评估
末端执行器的限制
危险识别
风险估计
风险评价
剩余风险
安全要求和风险减小
风险减小的措施
安全相关的控制系统性能
夹持型末端执行器
特定应用的末端执行器
手动引导机器人的末端执行器
末端执行器更换系统(工具更换器)5.7
验证和确认
使用信息
说明书
附录A(资料性)
附录B(资料性)
附录C(资料性)
附录D(资料性)
参考文献
末端执行器风险评估的示例
夹持器设计及其安全性能的示例危险示例
GB/Z43065.1—2023/ISO/TR20218-1:2018次
危险潜在起源和后果
末端执行器功能导致的危险示例15
GB/Z43065.1—2023/IS0/TR20218-1:2018前言
第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定本文件接照GB/T1.1一2020《标准化工作导则起草。
本文件是GB/Z43065机器人,工业机器人系统的安全设计》的第1部分。GB/Z43065已经发布了以下部分:
第1部分;末端执行器;
第2部分:手动装载/卸载工作站。本文件等同采用ISO/TR20218-1:2018《机器人工业机器人系统的安全设计第1部分:末端执行器》。文件类型由ISO的技术报告调整为我国的国家标准化指导性技术文件。本文件做了下列最小限度的编辑性改动:增加了提及表C.1和表D.1的语句。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国机器人标准化技术委员会(SAC/TC591)归口。本文件起草单位:北京机械工业自动化研究所有限公司、北京联合大学、邀博(北京)智能科技股份有限公司、苏州安高智能安全科技有限公司、河北工业大学、杭州申昊科技股份有限公司、湖南沁峰机器人有限公司、北京航空航天大学。本文件主要起草人:杨书评、邹莹、宋仲康、李立言、王嘉、朱志昆、吴海腾、陶友瑞、陈静、郭玉光陶永。
GB/Z43065.12023/ISO/TR20218-1:2018引言
本文件适用于GB11291.2—2013和GB/T36008—2018中所述的工业机器人系统。本文件为工业机器人系统中的末端执行器提供了指导,包括机器人系统和操作员共享同一工作空间的协作应用。在这种协作应用中,末端执行器的设计非常重要,特别是形状、表面和应用功能(例如夹紧力、残余物质生成、温度)等特性。GB11291.2—2013要求对工业机器人系统进行全面的风险评估。本文件提供了针对末端执行器的额外指南,在根据GB11291.2一2013进行风险评估时,这些指南可能会有所帮助。GB/Z43065《机器人工业机器人系统的安全设计》旨在针对工业机器人系统集成提供附加安全指导,拟由两个部分组成。
一一第1部分:末端执行器。目的在于提供机器人系统末端执行器设计与集成的安全措施指导。一一第2部分:手动装载/卸载工作站。目的在于提供手动装载/卸载工作站设计和安全防护指导。I
1范围
GB/Z43065.1—2023/IS0/TR20218-1:2018机器人工业机器人系统的安全设计第1部分:未端执行器
本文件提供了用于机器人系统末端执行器设计与集成的安全措施指导。集成包括以下内容:一末端执行器的制造、设计和集成:一必要的使用信息。
本文件提供了有关机器人系统集成的附加安全指南,如GB11291.2一2013中所述。2
规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件:不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB11291.2—2013
机器人与机器人装备
香工业机器人的安全要求
第2部分:机器人系统与集
成(ISO10218-2:2011.IDT)
GB/T157062012
机械安全设计通则风险评估与风险减小(ISO12100:2010,IDT)GB/T19400—2003
工业机器人抓握型夹持器物体搬运词汇和特性表示(ISO14539:2000.IDT)
GB/T36008—2018机器人与机器人装备协作机器人(ISO/TS15066:2016.IDT)ISO10218-1:2011机器人与机器人装备工业机器人的安全要求第1部分:机器人(Robotsand roboticdevicesSafetyrequirementsfor industrial robots-Partl:Robots)注:GB11291.1—2011工业环境用机器人安全要求第1部分:机器人(ISO10218-1:2006.ISO10218-1/Cor.1:2007.IDT)
ISO11593工业环境用机器人末端执行器自动更换系统词汇(RobotsforindustrialenvironmentsAutomatic endeffectorexchangesystems-Vocabulary)注:GB/T17887—1999工业机器人末端执行器自动更换系统词汇和特性表示(eqvISO11593:1996)术语和定义
GB11291.22013、GB/T15706—2012、GB/T19400—2003,GB/T36008—2018、ISO10218-1:2011、ISO11593界定的以及下列术语和定义适用于本文件。ISO与IEC维护以下用于标准化的术语数据库,网址如下:ISO术语库:http://www.iso.org/obpIEC术语库:http://www.electropedia.org3.1
柔顺compliant
材料或机构在受到力时表现出的变形。示例:柔顺连杆、柔顺表面。
GB/Z43065.1—2023/ISO/TR20218-1:2018注1:柔顺的反义词是刚性。
注2:柔顺性在GB/T12643-2013中定义。3.2
mechanical interface
机械接口
位于操作机末端,用于安装末端执行器(3.3)的法兰安装面。[来源:GB/T12643—2013,3.10,有修改———在定义中增加了“法兰”,并删除了注]3.3
末端执行器
end-effecton
专门设计用于连接机械接口(3.2)的设备,使机器人能够执行其任务。示例:夹持器(3.4)、焊枪、喷枪。注1:在本文件中,该术语指的是机器人系统中的末端执行器。注2:末端执行器有时称为机械臂末端工具(EOAT)。【来源:GB/T12643—2013.3.11.有修改已从示例中删除了“扳手”字样,并增加了注3.4
夹持器gripper
设计用于抓取工件的末端执行器(3.3)。注:夹持、抓握、抓握动作和释放在GB/T19400-—2003中定义[来源:GB/T12643—2013.3.14,有修改———“抓取和握持”已被定义中的\抓取工件”取代,并增加了注
夹具fixture
用于固定物品的装置,其作为机器人系统中搬运或组装过程的一部分.但不作为末端执行器(3.3)。3.6
月robotapplication
机器人应用
包括工业机器人系统[工业机器人、末端执行器(3.3)、工件和支持机器人执行其任务的任何机械、设备、装置、外部辅助轴或传感器以及机器人系统工作空间内对工作空间的风险评估有影响的任何障碍物或物体的系统
【来源:ISO10218-1:2011,3.11.有修改—改编自“工业机器人系统”的定义]4风险评估
4.1通则
本章描述了机器人应用中末端执行器在风险评估部分特别相关的行为和因素。根据GB11291.22013中4.3.1.风险评估考虑整个机器人应用的风险,包括机器人、末端执行器、工件和夹具在整个生命周期内的风险。
根据GB11291.2一2013.初始风险是在没有采取任何风险减少措施的假设下进行评估的。这包括对现有机器人应用系统的修改。潜在的接触情况(预定和非预定)以及人与末端执行器交互的预期可接近性都要考根据GB11291.22013中4.4.2,集成商在风险评估和工作空间设计期间与用户进行协商。此协商的自的是确保识别出与机器人单元相关的所有合理可预见的危险情况(任务和危险的组合),包括间接相互作用例如,没有与系统相关的任务,但暴露于系统关联危险的人员)。集成商负责协调此参与,并根据应用的要求选择合适的未端执行器。风险评估的结果记录在GB/T15706—2012中5.1和第7章。2
4.2末端执行器的限制
GB/Z43065.1—2023/ISO/TR20218-1:2018在确定整个机器人应用的限制时,宜考虑末端执行器的限制(见GB11291.2—2013中4.3.2)。未端执行器的一些具体考虑因素可能包括但不限于以下内容。使用限制(功能描述、预定用途和合理可预见的误用):a
自动或人工;
手动引导:
协作或非协作。
b)空间限制:
末端执行器更换站;
一末端执行器和工件的移动:
末端执行器和工件的尺寸变化。c)时间限制:
末端执行器或末端执行器部件或抓握工具的预期寿命;末端执行器更换系统的更换时间。注:末端执行器更换时间的偏差可能显示机器人系统或末端执行器更换系统出现的故障。其他末端执行器限制:
可接受的工件形状/几何形状;
工件的重心;
最大/最小负载;
最大/最小抓握力(见GB/T19400—2003中3.1.5):真空杯的最大/最小吸力:
最大/最小磁吸力特性;
抓握表面(例如夹持器手指)与工件之间的最小摩擦力:工件的物理特性,例如最大/最小尺寸、柔顺性;最大速度和/或加速度;
环境数据,例如最高/最低温度
4.3危险识别
4.3.1通则
根据GB11291.2一2013的第4章,风险评估宜确定末端执行器的预定用途和可合理预见的误用有关的所有危险。通过基于任务的风险评估来确定末端执行器的危险(见GB11291.2一2013中4.4)。在与用户协商后,集成商识别与末端执行器相关的所有任务。这些任务可能与操作模式相关。识别了末端执行器的使用。根据GB/T15706—2012,宜考虑的因素包括但不限于以下方面:a)运输;
组装、安装或调试.例如流程观察和监测;b)
设置,例如示教和测试机器人的程序;操作,例如,不需要拆卸的常规操作员干预,如装载/卸载操作,操作员干预,例如清除堵塞或类似的简单修正;
清洁或维护,例如,操作员与自适应夹具的交互,自适应夹具为了适应工件或组件可变的形状:故障查找或故障排除;免费标准bzxz.net
拆除或禁用。
GB/Z43065.12023/1SO/TR20218-1:2018为了识别危险,需要了解末端执行器与机器人应用的其他部分之间的相互作用。虽然协作和非协作应用的危险相似,但操作员暴露于这些危险的程度可能差异很天。因此,要考虑的最相关的风险可能有所不同,具体取决于末端执行器是用于协作应用,还是仅在非协作环境中运行4.3.2末端执行器和工件的危险示例由末端执行器和工件可能引起危险的示例包括但不限于附录D。4.4风险估计
GB/T15706—2012中将风险定义为伤害发生的概率与伤害严重程度的组合。附录A给出了与末端执行器相关的风险的实例。
与末端执行器和工件相关的危险可能比与机器人运动相关的危险更严重或更轻微,取决于末端执行器和工件危险相关的风险估计,根据GB11291.2一2013中5.2.用于控制这些危险的安全功能具有个安全性能等级(PL)或安全完整性等级(SIL)。风险等级还取决于应用里是否使用了GB11291.2一2013中5.11描述的协作操作类型,并相应考虑操作员的暴露。协作和非协作应用的危险相同,但暴露程度可能差别很大。根据GB/T157062012,在设计协作和非协作应用的末端执行器时,要仔细考虑暴露。注:ISO/TR14121-2给出了风险估计工具的例子。5风险评价
根据GB/T157062012,风险评价宜在风险估计后进行,以验证风险是否已减小。4.6剩余风险
根据GB11291.2一2013中7.1,已识别的剩余风险的有关信息包含在使用信息中,见第7章。5安全要求和风险减小
5.1通则
根据GB11291.2-2013.末端执行器:——设计和制造符合GB11291.2—2013中5.3.10;任何与安全相关的控制功能符合GB11291.2一2013中5.2。如果预定使用为功率与力限制(PFL)协作应用时,GB/T36008一2018的附录A提供了建立國限值的方法。
注1:在IS010218-1:2011中5.10.5和GB11291.2—2013中5.11.5.5描述了功率与力限制的机器人和机器人系统,GB/T36008一2018包含了附加信息。本章包含的信息为通用末端执行器的设计者为机器人应用选择末端执行器的集成商以及为特定机器人应用设计末端执行器的集成商提供了详细的指导。注2:GB11291.2—2013要求对末端执行器的特定应用进行风险评估5.2风险减小的措施
5.2.1形状和表面
末端执行器和夹具的设计能够结合减少尖锐边缘的设计措施,以减少人体接触力或压力(例如,使用光滑和柔顺的表面)。末端执行器的质量尽可能低,以最小化与暂态接触相关的力或压力(例如,最小化动量和动能)。衬垫、缓冲材料和可变形部件能够减少冲击能量的传递。4
GB/Z43065.1-2023/1SO/TR20218-1:2018采取减小风险的措施,以尽量减少尖锐边缘带来的风险,并防止运动时边缘可能导致的不可接受的接触力或压力。可能采取增加边缘半径、增加表面积、修改边缘轮廓(例如倒角)或使用不同的表面材料等保护措施。GB/T36008—2018提供了有关协作机器人应用的更多信息末端执行器还能被设计成提供保护,以避免与工件相关的危险。5.2.2保护装置和安全相关功能
在某些机器人应用中,能够使用内置手末端执行器,或与末端执行器直接相关的保护装置和安全相关控制系统来减小风险。保护装置和安全控制系统能包括但不限于以下内容。a)力感知(例如,比机械臂的力传感系统更灵敏的增强性力传感系统)一一对未端执行器表面作用力进行测量以及对未端执行器和/或机器人进行相应的监控作为安全功能。
b)末端执行器路径规划
如果夹持器的某些定位导致出现挤压点和/或尖锐边缘(例如,机器人将螺钉拧人一个孔),则尽可能减小机器人在该方向上的运动,并且尽可能降低运动速度以减少风险;安全级软轴线和空间的限制功能能用于监控机器人运动和末端执行器的方向和位姿。注1:ISO13854包含有关避免挤压人体部位的最小间隙的信息c)抓握力
如果末端执行器的最大抓握力超过风险评估安全限值的情况下,根据GB/T360082018,减小末端执行器施加的抓握力并监测其不超过可接受的水平。d)速度监控
在设计夹持器时,考虑预定使用夹持器的机器人的速度;GB/T36008—2018中提供了针对协作应用的指导:一如果末端执行器的运动的控制与机器人分开控制,则除了考虑机器人系统停止外,还要考感末端执行器的停止监控。
e)存在感知
传感器(例如,接近度、运动和图像)能够用于检测工件,该工件有可能启动对操作员可能造成伤害的序列;
一为了减小在协作操作期间与移动未端执行器接触的风险,可能使用传感装置,例如,当未端执行器被触摸时或操作员位于末端执行器周围的检测区域内时,末端执行器不能致动;这些设备符合IEC61496的适用部分;这些设备的集成符合GB11291.2—2013中5.2f)柔顺连杆(例如机器人机械法兰和末端执行器之间的柔韧连接)夹持器的柔顺连杆和机构能够吸收接触能量,通过柔顺连杆方式实现传输力、运动或能量的消散,以减小风险且不引人新的风险:传感器或安全功能可能被用来启动保护性停止;一对于PFL的机器人协作应用,启动保护性停止的有效作用力满足GB/T360082018中5.5.5;
注2:可能使用碰撞保护装置、能量吸收材料、弹簧。未端执行器施加到环境的力或扭矩能够被限制,例如,通过机械连接装置,当达到某个力或扭矩水平时·通过屈服机械连接装置来限制力或力矩g)功能安全要求
依据ISO13849-1通过风险减小过程推导出功能安全要求;末端执行器安全相关功能的设计满足GB11291.2—2013中5.2。注3:末端执行器的安全相关功能可能由机器人或者末端执行器提供。5
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