淺談工業機器人的安全生產

王春

摘 要：文章闡述了工業機器人安全生產的重要意義，以工業機器人沖壓應用為例，從機器人應用現場、電氣設計、現場操作三個方面介紹了工業機器人系統安全和防錯技術的應用及相應的安全規范。

關鍵詞：工業機器人；安全生產；分析

近幾年來，隨著我國傳統產業的轉型升級，中國制造2025，工業4.0的推進、中國工業機器人市場實現了爆發式增長。工業機器人已在國內很多行業生產中得到了廣泛的應用，包括汽車及汽車零部件制造業、機械加工行業、電子電氣行業、橡膠及塑料工業、食品工業、木材與家具制造業等領域中，其典型應用有焊接、涂膠、沖壓、裝配、噴漆及搬運等。

在工業機器人提升工作效率和產品品質的同時，其安全生產問題也應該是重中之重。最近德國大眾工廠發生了一起員工遭遇機器人意外傷害而身亡的事件，機器人抓住了這名工人，并將他擠向一塊金屬板。由于傷勢過重，這名工人在被送往醫院之后不治身亡。這不是第一起機器人傷人事件上，它又一次在機器人安全生產問題上敲響了警鐘。下面以機器人沖壓應用為例來淺談下如何保障機器人安全生產。

1 機器人應用現場安全

1.1 人的安全

（1）機器人操作以“安全第一，預防為主”為原則，使用機器人過程中人的安全永遠為第一位。（2）把機器人安裝在沒有漏洞的安全圍欄內，這樣，在機器人運行過程中，可以有效防止人員進入機器人工作區。（3）在機器人操作運行中或者等待中，切不可進入機器人的運動范圍。（4）護欄上的安全門應帶有安全插銷及其感應裝置。安全門必須通過拔開插銷才能打開，并且拔開插銷必須能使機器人自動安全停止。（5）當需要示教/檢查機器人，而進入安全圍欄時，操作人員必須將安全插銷隨身帶在身上再進入，以免有人意外操作機器人。同時，要在電控箱前指派一個監察員，用于監控各操作，并能隨時準備按緊急停止按鈕。監察員也必須是完成了相關培訓課程的員工。（6）清晰地標示當前機器人狀態，例如：“自動模式”“示教中”“安裝調試中”“維修保養中”等信息。這樣每個人都可以看到機器人當前的運行情況。

1.2 系統設備的安全

（1）機器人夾具。機器人夾具的傳感器需接進整個系統，機器人進行與夾具有關的動作時需確認夾具的狀態信號，機器人夾具應設為在失電情況下閉合，保證在突然掉電時手爪中的產品不會掉落。機器人夾具的設計應保證機器人取放料時姿態流暢，動作合理。（2）外圍設備。外圍設備是指送料機，傳送帶，收料機等系統接口設備。獨立的外圍設備與系統配線連接時應使用繼電器隔離，外圍設備中與人員操作有關的部分應在方便位置設置系統急停按鈕。（3）沖床模具。沖床模具上應有感應物料狀態的傳感器，應能檢測到沖床模具上是否有料？是否疊料？并以此信號控制沖床。（4）沖床。為了對應沖床的雙手制啟動，將系統發出的啟動信號經繼電器轉換后，將繼電器常開觸點并接在沖床啟動輸入點的常開回路上，繼電器常閉觸點串接在沖床啟動輸入點的常閉回路中。沖床的安全光柵應能檢知機器人的取放料動作。系統與沖床聯機時，使用繼電器隔離，沖床的維修與保養應由有專業資格的人員完成。（5）工業機器人。本應用使用六軸多關節機器人，應在機器人的工作范圍以外設置軟件限位，防止機器人誤操作運動到其他位置。機器人操作應設置密碼，只有相應指定權限的人員才可進行機器人操作。如果系統中有設備報警或有設備打至手動狀態，此時系統應向機器人發送暫停信號并中斷系統自動程序。沖壓應用的機器人應配備過載保護板，一旦發生撞機使機器人立即停止。

2 電氣設計的安全

2.1 機器人安裝位置

（1）在設計時應先通過軟件仿真現場位置，得出機器人的最佳安裝位置，包括機器人的安裝高度。（2）機器人安裝底座必須固定緊固，防止機器人高速運行時將底板帶起。（3）機器人的運行路徑要避免J4軸運動過大及J5軸0度時情況，防止出現奇異點現象。（4）走直線運動時，要避免某一軸運動過多，盡量做到平衡。（5）J2軸的最佳角度范圍為0度左右，J3軸的最佳角度為90度左右，不能有J3軸跟J2軸成直線這種情況。

2.2 機器人程序設計

（1）機器人程序力求簡單明了，不要有過多的邏輯判斷。（2）內部速度限制，尤其是直線運動時，不能設定超過電機的額定轉速。（3）一定要設定安全位置才能啟動程序。（4）當等待信號時間過長時，要自動暫?；蛑兄钩绦?，防止人工去處理信號時機器人突然動作。（5）機器人退出沖床后在發啟動信號前應先對當前位置進行判斷，此位置是否為安全位置，避免上模下壓時壓到機器人夾具。（6）發沖床啟動信號時，前面的運動指令一定要用精確到位的運動模式。（7）機器人點位的命名要有規律，便于記憶及調試，且所有機器人程序點位名統一化。（8）第一次自動運行前，機器人程序必須經過2人及以上人員檢查并簽字確認，確認無誤后才可上線調試。（9）機器人第一次試運次的速度，必須低于10%。

3 現場操作安全

（1）調試時嚴禁身體的任何部分進入沖床的模具位置。（2）在調試沖床的點位時，必須二人，一人調機，一人在旁邊監督，確認能在緊急情況下緊急停止相關設備。（3）調試機器人沖床內點位時，必須停掉沖床電機電源，并懸掛警告牌于沖床的操作臺。（4）調試機器人沖床內點位時，應先檢查沖床的光柵是否正常。（5）嚴禁擅自改動沖床的線路，所有沖床部分的線路安裝及維修由有沖床維修專業資格的人員完成。（6）當出現故障時，一定要確認系統中各設備的狀態，確認各設備的自動程序都已終止后才可以處理故障。（7）定期對設備進行點檢，確認各設備的狀況良好。

只有在保障機器人系統安全和防錯技術應用的前提下，制訂出嚴格的安全規范并遵守它，才是杜絕各種機器人事故、安全生產的關鍵。

參考文獻

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[2]蘭虎.工業機器人技術及應用[M].機械工業出版社.ISBN：97871114

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