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关于工业机器人的事故分析及其对策

作者:张世翔  
评论: 更新日期:2010年11月18日


  3.2 工业机器人系统的危险性评价与安全性评价
  (1)危险性评价:在技术上采取安全对策时,必须在适当的指标的基础上进行。假设因机器人产生了某种事故,其事故带来的危险性可由下式表示:
  危险性=失败的频度(类型1)× 危险侧迁移率(类型2)× 伤害强度(类型3)[2]。
  式中所指的失败(类型1)可分为:①不经修理就不可恢复正常状态的硬件故障;②消除外部原因(如电磁噪音干扰)就能恢复正常状态;③由于操作错误或因不安全行为所产生的人为故障等。为了减少失败,必须对机器人系统进行高可靠性设计。所谓危险侧迁移率(类型3)是指出现了故障(失败)以后所产生的危险,对人而言,人就成了危险的一侧,危险一侧所占的危险比例,就是危险侧迁移率。即不管出现什么故障(失败)都要确保人身的安全,只能侧重这一方面。因此就必须在机器人的基本结构设计方面多想方法,例如联锁装置和故障自动排除装置等均很有效。所谓伤害强度(类型’),是指随着机器人往大型、高速方面发展的过程中给予人的伤害危险的潜在能量越来越大,这就是伤害强度。
  这里,重要的是要减少在使用机器人时对人构成的危险性,也就是说要极力降低类型1和类型2的发生概率,使危险侧迁移率变小。在系统设计阶段,要尽量抑制对人产生威胁的机器人所产生的力或运动,这样才有可能从根本上保证人身安全。
  (2)安全性评价:它阐明造成人体实质损害危险发生的机理,评估安全性对策的效果和系统中的剩余风险。需要指出的是,对于只有较小数据的较新型的系统,是通过系统化预测或演绎来进行评价的,包含以下3个基本步骤:①识别系统中可能产生的危险;②及时分析危险发生的机理并研究安全性对策;#评价剩余风险[3]。
  3.3 基本原则性的安全对策
  针对工业机器人的特殊性,以下一些安全对策是不可缺少的:
  (1)尽量减少危险部位。采用机器人组成自动化系统时,由于机器人的动作范围大,与其他机械设备衔接的地方很多,因而对人构成威胁的危险部位比一般的机械设备要多,所以在考虑系统布局时,应尽量减少这些危险部位。例如,在机器人有伸缩、摆动、俯仰、夹紧与放开等动作的部位放置挡块等制动器,或适当降低机器人的输出功率和运动速度,以减少对人的危险。
  (2)将人与机器人的危险部位进行隔防。在机器人自动运行时,原则上应用栏杆围障或罩子把人与机器人隔离,人只能在栏杆等屏障外操纵机器人。这些方法符合人机工程学的一般原则,结构也简单。但若需对机器人进行示教或维修又必须进入隔离区时,则需另外采取相应的防护与监视措施。
  (3)附加安全装置。附加安全装置应具有自我诊断的功能,而且这些装置对故障或异常现象的信号处理都与机器人的运动无关,是一些保护人身安全的有用装置。
  (4)故障自动保护。一是必须具有通过伺服系统对机器人的误动作进行监视的功能,如有异常动作应自动切断电源;二是必须具有当人误入危险区时,能立即测知并自动停机的故障自动检测系统。具体措施有:安装警示灯,监视器,防越程装置,紧急停止装置等。
  这些基本原则性的安全对策应逐步具体化、规范化乃至立法化,世界上许多工业发达国家已经开始实施,如美国国家标准工业机器人系统安全标准ANSI/RIA R15.06-1986和日本的工业机器人安全规则(JISB8433-1986)等[3]。

  4 结语

  工业机器人的广泛应用促进了它的设计水平和制造水平的提高。智能机器人的研制在现阶段飞速发展,它能完成的技术操作是人工无法相比的。因此,随着机器人的普及和复杂化,人机器人工作环境中的安全问题就显得尤为突出。机器人系统在现阶段可靠性不高,事故时有发生。为此,不仅要解决在设计阶段的技术难点,也要研究从使用现场,事故分析中反馈回来的信息,以便及时提出相应的对策。只有发展到机器人本身能够检测到人的接近,并能自动、准确地采取适当措施时,才能确保人---机器人工作环境的安全[3]。

参考文献

  1 张建民等, 机电一体化系统设计,北京:北京理工大学出版社,4996
  2 日本机器人学会, 机器人技术手册,北京:科学出版社,1996,
  3 廖炯生, 机器人的可靠性、维修性、安全性* 科学出版社,1994
  4 蔡自兴,机器人原理及应用* 中南工业大学出版社
  5 余达太,马香峰等* 工业机器人的应用工程。北京:冶金工业出版,1999

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