| 标准编号 | GB 11291.2-2013 (GB11291.2-2013) | | 中文名称 | 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 | | 英文名称 | Robots and robotic devices -- Safety requirements for industrial robots -- Part 2: Robot systems and integration | | 行业 | 国家标准 | | 中标分类 | J28 | | 国际标准分类 | 25.040.30 | | 字数估计 | 66,666 | | 旧标准 (被替代) | GB 11291-1997 | | 引用标准 | GB/T 16855.1-2008; GB 28526-2012; ISO 4413; ISO 4414; ISO 8995-1; ISO 9946; ISO 10218-1; ISO 11161; ISO 12100; ISO 13850; ISO 13854; ISO 13857; ISO 14118; ISO 14119; ISO 14120; IEC 60204-1; IEC 61496-1; IEC 61800-5-2; IEC/TS 62046; ISO 13856-1; ISO 13856- | | 采用标准 | ISO 10218-2-2011, IDT | | 标准依据 | 国家标准公告2013年第25号 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | GB 11291的本部分规定了工业机器人、工业机器人系统和工业机器人单元集成的安全要求。工业机器人和工业机器人系统已在GB 11291.1中定义。集成包括以下方面:a) 工业机器人系统或单元的设计、制造、安装、运行、维护和报废;b)工业机器人系统或单元的设计、制造、安装、运行、维护和报废的必要资料;c)工业机器人系统或单元的部件设备。 | GB 11291.2-2013
Robots and robotic devices.Safety requirements for industrial robots.Part 2: Robot systems and integration
ICS 25.040.30
J28
中华人民共和国国家标准
代替GB 11291-1997
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
(ISO 10218-2:2011,IDT)
2013-12-17发布
2014-11-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅴ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 2
4 危险识别和风险评估 4
4.1 通则 4
4.2 布局设计 4
4.3 风险评估 5
4.4 危险识别 6
4.5 消除危险和降低风险 7
5 安全要求和保护措施 7
5.1 通则 7
5.2 与安全相关的控制系统性能(硬件/软件) 7
5.3 设计和安装 8
5.4 机器人运动限制 11
5.5 布局 12
5.6 机器人系统操作方式的应用 14
5.7 示教盒 16
5.8 保养和维修 17
5.9 集成制造系统(IMS)接口 18
5.10 安全防护 19
5.11 协作机器人的操作 25
5.12 机器人系统的试运行 27
6 安全要求和保护措施的验证和确认 28
6.1 通则 28
6.2 验证与确认的方法 28
6.3 必需的验证与确认 29
6.4 保护设备的验证与确认 29
7 使用资料 29
7.1 通则 29
7.2 说明手册 30
7.3 标志 33
附录A(资料性附录) 重大危险清单 34
附录B(资料性附录) 与保护装置相关的各标准之间的关系 37
附录C(资料性附录) 物料进出点的安全防护 38
附录D(资料性附录) 多个使能装置的操作 41
附录E(资料性附录) 协作机器人的概念应用 42
附录F(资料性附录) 工序观测 43
附录G(规范性附录) 安全要求和措施的验证方法 46
参考文献 57
前言
本部分的全部技术内容为强制性。
GB 11291《机器人与机器人装备 工业机器人的安全要求》分为两个部分:
---第1部分:机器人;
---第2部分:机器人系统与集成。
本部分为GB 11291的第2部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分使用翻译法等同采用国际标准ISO 10218-2:2011《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》(英文版)。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
GB/T 3766-2001 液压系统通用技术条件(ISO 4413:1998,EQV)
GB 5226.1-2008 机械安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件(IEC 60204-1:2005,IDT)
GB/T 7932-2003 气动系统通用技术条件(ISO 4414:1998,IDT)
GB/T 8196-2003 机械安全 防护装置 固定式和活动式防护装置设计与制造一般要求(ISO
14120:2002,MOD)
GB 11291.1-2011 工业环境用机器人 安全要求 第1部分:机器人(ISO 10218-1:2006,IDT)
GB/T 12644-2001 工业机器人 特性表示(ISO 9946:1999,EQV)
GB/T 15706-2012 机械安全 设计通则 风险评估和降低风险(ISO 12100:2010,IDT)
GB 16655-2008 机械安全 集成制造系统 基本要求(ISO 11161:2007,IDT)
GB 16754-2008 机械安全 急停 设计原则(ISO 13850:2006,IDT)
GB/T 16855.1-2008 机械安全 控制系统有关安全部件 第1部分:设计通则(ISO 13849-1:
2006,IDT)
GB/T 17454(所有部分) 机械安全 压敏保护装置[ISO 13856(所有部分)]
GB 17888(所有部分) 机械安全 进入机械的固定设施[ISO 14122(所有部分)]
GB/T 18831-2010 机械安全 带防护装置的联锁装置设计和选择原则(ISO 14119:1998,
MOD)
GB/T 19436.1-2004 机械安全 电敏防护装置 第1部分:一般要求和试验(IEC 61496-1:
1997,IDT)
GB/T 19670-2005 机械安全 防止意外启动(ISO 14118:2000,MOD)
GB/T 19876-2012 机械安全 与人体部位接近速度相关防护设施的定位(ISO 13855:2010,
IDT)
GB 23821-2009 机械安全 防止上下肢触及危险区的安全距离(ISO 13857:2008,IDT)
GB 28526-2012 机械电气安全 安全相关电气、电子和可编程电子控制系统的功能安全(IEC
62061:2005,IDT)
本部分的技术内容和组成结构与ISO 10218-2:2011《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》(英文版)相一致,只在需要的地方,做了下列编辑性修改:
---大写的英文缩写保留英文原名;
---删去了原文中不符合我国标准编写的字句。
本部分由中国机械工业联合会提出。
本部分由全国自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC159)归口。
本部分起草单位:北京机械工业自动化研究所、北京航空航天大学、沈阳新松机器人自动化股份有
限公司。
本部分主要起草人:杨书评、赖维德、王海丹、高雪芹、王思斯、邹凤山。
引 言
制定GB 11291的本部分是为了识别在工业机器人单元和生产线中集成和安装工业机器人系统时
存在的特定危险。
对特定的机器人系统而言,危险是以单一形式频繁发生的。危险的数目和类型直接关系到自动化
过程的性质和安装的复杂性。根据使用的机器人类型、使用机器人的目的、机器人安装、编程、操作和维
护的方式的不同,这些危险导致的相关风险也有所不同。
为了理解GB 11291的本部分的要求,用一个词语语法来区分绝对要求和推荐做法或建议采取的
行动。用“应”来识别GB 11291的本部分的必须要求。这些要求必须完成,除非提供替代说明或有风
险评估确定的合适的替代。用“宜”来识别建议、推荐采取的行动或要求的可能解决方法,但可能有其他
替代,建议采取的行动不是绝对的。
由于工业机器人在应用中的危险具有可变性质,GB 11291的本部分为保证机器人集成和安装安全
提供指导。由于工业机器人使用的安全性受特定机器人系统的设计影响,虽然同样重要,其补充目的是
提供机器人系统和单元在设计、构造和使用信息方面的指导。该系统机器人部分的要求,可见
GB 11291.1。
提供安全的机器人系统或单元取决于各“利益相关方”的合作---“利益相关方”是指共担责任以提
供安全工作环境为最终目的的实体。利益相关方可认定为制造商、供应商、集成者和用户(负责使用机
器人的实体),但都以安全的(机器人)机器为共同目标。GB 11291的本部分中的要求可能被分配给某
利益相关方,但在相同要求下,会出现多类利益相关方职责重叠的情况。使用GB 11291的本部分时,
请读者注意,即使没有在“被分配的”利益相关方任务中具体提出,所有确定的要求也可适用于这些相
关方。
本部分是对仅涵盖机器人领域的GB 11291的第1部分的完善和补充。GB 11291的本部分增加了
符合GB/T 15706和GB 16655的其他信息。国际标准以C类标准的形式识别和响应工业机器人集成、
安装中存在的特有危险和使用工业机器人的要求。新的技术要求包括(但并不仅限于):GB 11291.1中
关于安全控制系统性能、机器人停止功能、使能装置、程序验证、无缆示教盒规范、协作机器人规范以及
安全更新设计方面内容的新要求实施说明。
GB 11291的本部分和GB 11291.1组成了机器人和机器人设备的系列标准。其他标准涉及集成机
器人系统、坐标系和轴运动、一般特性、性能规范及其测试方法、词汇和机械接口。需要指出的是这些标
准不仅内在相关,并且与其他国际标准相关。
为了便于阅读GB 11291的本部分,“机器人”和“机器人系统”是指在GB 11291的第1部分中定义
的“工业机器人”和“工业机器人系统”。
图1描述了在机器人系统中使用的机械标准范围的关系。GB 11291的第1部分中只涵盖机器人
的内容,GB 11291的本部分涵盖系统和单元。机器人单元可包括其他机器,这些机器有自己的C类标
准,机器人系统可以成为GB 16655涵盖的集成制造系统的部分,GB 16655反过来也可以参考其他相关
的B类和C类标准。
图1 各标准间关系示意图
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
1 范围
GB 11291的本部分规定了工业机器人、工业机器人系统和工业机器人单元集成的安全要求,工业
机器人和工业机器人系统已在GB 11291.1中定义。集成包括以下方面:
a) 工业机器人系统或单元的设计、制造、安装、运行、维护和报废;
b) 工业机器人系统或单元的设计、制造、安装、运行、维护和报废的必要资料;
c) 工业机器人系统或单元的部件设备。
本部分描述了与这些系统有关的基本危险和危险情况,并提出了消除和充分降低与这些危险相关
的风险的要求。虽然噪声被定为是工业机器人的一种主要危险,但是本部分不予考虑。本部分也规定
了对作为集成制造系统的部分的工业机器人系统的要求。本部分不专门涉及关于加工过程中的危险
(如激光辐射、弹出碎片、焊接烟雾)。其他标准适用于这些加工过程中的危险。
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 16855.1-2008 机械安全 控制系统有关安全部件 第1部分:设计通则(ISO 13849-1:
2006,IDT)
GB 28526-2012 机械电气安全 安全相关电气、电子和可编程电子控制系统的功能安全(IEC
62061:2005,IDT)
tics)
ISO 11161 机 械 安 全 集 成 制 造 系 统 基 本 要 求 (Safetyof machinery-Integrated
ISO 12100 机械安全 设计通则 风险评估和降低风险(Safetyofmachinery-General
ISO 13850 机械安全 急停 设计原则(Safetyofmachinery-Emergencystop-Principlesfor
design)
ISO 13855 机械安全 与人体部位接近速度相关防护设施的定位(Safetyofmachinery-Positio-
ISO 13856(所有部分) 机械安全 压敏保护装置(Safetyofmachinery-Pressure-sensitivepro-
ISO 13857 机械安全 防止上下肢触及危险区的安全距离(Safetyofmachinery-Safety
ISO 14119 机械安全 带防护装置的联锁装置 设计和选择原则(Safetyofmachinery-Inter-
ISO 14120 机械安全 防护装置 固定式和活动式防护装置设计与制造一般要求(Safetyofma-
ISO 14122(所有部分) 机械安全 进入机械的固定设施(Safetyofmachinery-Permanent
IEC 60204-1 机械安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件(Safetyofmachinery-
powerdrivesystems-Part5-2:Safetyrequirements-Functional)
IEC/T S62046 机械安全 人体检测用防护设备的应用(Safetyofmachinery-Applicationof
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
应用 application
机器人系统的预期使用,即机器人系统的加工工艺、任务和预期目的。
示例:点焊、喷漆、装配、码垛。
3.2
协作机器人 colaborativerobot
在规定的协作工作空间(3.3)内,为与人直接交互而设计的机器人。
3.3
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。
3.4
控制站 controlstation
机器人系统的部分,包括一个或多个控制装置,用以激活或停止系统或系统部件的功能。
注:控制站可以是固定式的(如控制面板)或移动式的(如控制示教盒)。
3.5
远距离防护 distanceguard
防护不是完全围住危险区域,而是借助于它的尺寸和它到危险区域的距离来防止或减少进入。
示例:周边护栏或隧道护卫设施。
3.6
集成 integration
将机器人和其他设备或另外的机器(含其他机器人)组合成能完成如零部件生产的有益工作的机器
系统。
注:这种机器构建包括系统的安装要求。
3.7
集成者 integrator
设计、提供、制造或组装机器人系统、集成制造系统的实体,该实体负责安全策略,包括保护装置、控
制接口以及控制系统的互连。
注:集成者可以是制造商、组装人员、工程公司或用户。
3.8
为了制造、处理、移动或包装零部件或组件,由原材料处理系统连接,并由控制器(即IMS控制器)
实现互连,采用协同方式工作的一组机器。
[GB 16655-2008,定义3.1]
3.9
工业机器人单元 industrialrobotcel
包含相关的机器和设备以及相关的安全防护空间和保护装置的一个或多个机器人系统。
3.10
工业机器人生产线 industrialrobotline
由在单独或相连的安全防护空间内执行相同或不同功能的多个机器人单元和相关设备构成。
3.11
安全状态 safestate
机器或设备部件不存在即将发生的危险状态。
3.12
联动 simultaneousmotion
在单个控制站的控制下,两台或多台机器人同时运动。它们可以用共有的数学关系实现协调或
同步。
3.13
空间 space
三维容积。
3.13.1
操作空间 operatingspace,operationalspace
当实施由任务程序指令的所有运动时,实际用到的那部分限定空间(3.13.2)。
[GB/T 12643-2013,定义4.8.3]
3.13.2
限定空间 restrictedspace
由限位装置限制的最大空间中不可超出的部分。
[GB/T 12643-2013,定义4.8.2]
3.13.3
安全防护空间 safeguardedspace
由周边安全防护装置确定的空间。
3.14
确认 validation
通过检验和提供客观证据,对特定的预期用途所需的特殊要求已得到满足。
3.15
验证 verification
通过检验和提供客观证据,对规定要求已得到满足的认定。
4 危险识别和风险评估
4.1 通则
4.1.1 机器人的运行特点与其他机器和设备的运行特点有明显的不同之处:
a) 机器人能够在大操作空间进行高能量运动;
b) 例如由于改变了操作要求,机器人手臂的初始运动和路径不确定,且可以改变;
c) 机器人的操作空间,可能会和其他机器人操作空间或其他机器和相关设备的工作区发生部分
重叠;
d) 当机器的致动器通电时,可能要求操作员贴近机器人系统进行工作。
4.1.2 在选择和设计适当的安全防护措施以充分降低风险之前,有必要确定危险,并评估与机器人及
其应用相关的风险。降低风险的技术措施有以下几项基本原则:
a) 通过设计消除危险或通过替代减少危险;
b) 防止操作员接触危险或在操作员接触危险之前控制危险到达安全状态;
c) 在干预期间降低风险(例如:示教)。
4.1.3 实现这些原则包括:
a) 设计允许在安全防护空间外执行任务的机器人系统;
b) 创造安全防护空间和限定空间;
c) 在安全防护空间内需要干预时,提供其他安全防护。
4.1.4 这种类型机器人的应用及其与其他机器及相关设备的关联,将影响安全防护措施的设计和选
择。这些应符合当前的工作,并当需要时可使示教、设置、维护、程序验证和故障排除等操作安全地
进行。
4.2 布局设计
机器人系统和单元的布局设计是消除危险和降低风险的关键环节。在布局设计过程中应考虑以下
因素:
a) 建立单元或生产线的物理极限(三维),包括更大单元或系统(集成制造系统)的其他部件:
1) 在设计图纸上确定布局的比例和原点;
2) 在现有的设施内(按比例)确定各部件的位置和尺寸。
b) 工作空间、通道和间隙:
1) 确定机器人系统的最大空间,建立限定空间和操作空间,确定如厂房支柱的障碍物周围
所需间隙;
2) 通行路线(行人通道、访客路线、单元或生产线周边安全防护装置外的物料搬运);
3) 支持设施(电气、燃气、水、真空、液压、通风设备)和控制系统的通道和安全路径;
4) 检修、清洁、故障排除和维护的通道和安全路径;
5) 电缆/其他致使滑倒、绊倒和摔倒的危险因素;
6) 电缆桥架。
c) 人工干预---布局设计宜允许在安全空间外执行要求人工干预的任务,如果上述不可行并且
干预时需要机器的带电运动,应提供合适的使能装置,使能装置设计成可以控制:
1) 整个机器人单元;
2) 机器人单元中的一个区域;
3) 单元内选定的机器或设备。
注:更多内容见ISO 12100。
d) 设备的人体工程学和人机界面:
1) 操作的可视性;
2) 控制装置的清晰度;
3) 控制装置与机器人的明确结合;
4) 区域控制设计的惯例;
5) 工件相对于操作员的位置;
6) 可预见的误用;
7) 协作操作。
e) 环境条件:
1) 通风;
2) 焊接火花。
f) 工件/工具更换的装载与卸载。
g) 周边安全防护的考虑。
h) 急停装置和单元可能区域的位置和要求(例如:局部停止或全单元停止)。
i) 使能装置的位置和要求。
j) 注意所有部件的预期用途。
风险评估应该确定超出限定空间的其他所需空间,以划定安全防护空间。
4.3 风险评估
4.3.1 通则
由于机器人系统始终是集成到一个特定的应用中,因此集成者应进行风险评估,以确定降低风险的
措施,这些措施要能充分降低集成应用中存在的风险。需要特别注意的例子是:为了实现集成应用,个
别机器去除了安全防护的情况。
风险评估可以进行系统性分析和对与机器人系统相关的、整个生命周期(即试运行、调整、生产、维
护、检修、报废)的风险进行评估。
每逢需要时,风险评估后就采取措施降低风险。重复此过程是通过实施保护措施尽量消除危险与
减少风险的迭代过程。
风险评估包括:
a) 确定机器人系统的限制(见4.3.2);
b) 危险识别(见4.4);
c) 风险估计;
d) 风险评价。
4.3.2 机器人系统的限制
机器人系统的集成,首先在ISO 12100,ISO 11161以及其他适用的C类标准中描述了其预期用途
规范和限制。该规范宜包括,例如:
a) 使用限制:
1) 功能、预期用途以及合理可预见的误用的描述;
2) 不同用户模式的描述;
3) 包括人工干预的过程序列的分析;
4) 接口、工具和设备的描述;
注1:建议对这些装置应考虑到相关的C类标准。
5) 实用连接;
6) 制造商提供的从ISO 10218-1的使用中得到的信息,包括降低风险的应用措施;
7) 所需的电力供应及其设备;
8) 要求的或预计的用户的技能(能力)。
b) 空间限制(见5.5布局描述):
1) 机器运动所需范围;
2) 安装和维护所需空间;
3) 操作员作业和其他人工干预所需空间;
4) 重构能力(ISO 11161);
5) 所需通道(见5.5.2);
6) 地基;
7) 供给和废物排放装置或设备所需空间。
c) 时间限制:
1) 机器及其部件(易磨损件,工具等)的预期寿命限制;
2) 工艺流程图和时间分配;
3) 推荐的检修间隔。
d) 其他限制:
1) 环境(温度,室内或室外使用,灰尘和湿气的耐受性等);
2) 预期用途和环境所需的清洁程度;
3) 加工物料的性能;
4) 危险环境;
5) 经验教训,即研究和比较,包括类似操作和系统可能的意外和事故报告。
注2:其他国家标准和地方法规也可提供动力源和安全处理及安装要求的重要信息。
4.4 危险识别
4.4.1 通则
附录A中机器人和机器人系统的主要危险列表是按照ISO 12100的......
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