| 标准编号 | GB/T 39785-2021 (GB/T39785-2021) | | 中文名称 | | | 英文名称 | Service robot - Mechanical safety assessment and test method | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J28 | | 字数估计 | 34,378 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 39785-2021
Service robot -- Mechanical safety assessment and test method
ICS 25.040.30
J28
中华人民共和国国家标准
服务机器人 机械安全评估与测试方法
2021-03-09发布
2021-08-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅰ
引言 Ⅱ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 测试条件 2
5 机械安全评估与测试方法 3
6 标识、说明 18
7 文件要求 19
附录A(规范性附录) 可触及零部件的确定 20
附录B(规范性附录) 风险评价确定有关安全部件PLr 25
附录C(规范性附录) 服务机器人静态及动态稳定性测试 27
附录D(规范性附录) 防止服务机器人在测试平台上滑动的办法 28
附录E(规范性附录) 服务机器人对试验操作的动态响应的评定 29
附录F(资料性附录) 危险源 30
参考文献 31
服务机器人 机械安全评估与测试方法
1 范围
本标准规定了服务机器人机械安全有关的术语和定义、测试条件、机械安全评估与测试方法、标识、
说明和文件要求。
本标准适用于各类服务机器人,主要包括个人/家用服务机器人和公共服务机器人。
特种机器人可以参照使用本标准。
注:在有相关的专用产品机械安全标准的情况下,产品标准优先于本标准。
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 6675.2-2014 玩具安全 第2部分:机械与物理性能
GB/T 12643-2013 机器人与机器人装备 词汇
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 16855.2-2015 机械安全 控制系统安全相关部件 第2部分:确认
GB/T 18029.13-2008 轮椅车 第13部分:测试表面摩擦系数的测定
GB/T 23821-2009 机械安全 防止上下肢触及危险区的安全距离
GB/T 36008-2018 机器人与机器人装备 协作机器人
GB/T 36530-2018 机器人与机器人装备 个人助理机器人的安全要求
GB/T 38124-2019 服务机器人性能测试方法
ISO 7010 图形符号 安全颜色和安全标志 已注册的安全标志(Graphicalsymbols-Safetycol-
IEC 60204-1:2016 机械电气安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件(Safetyofmachin-
3 术语和定义
GB/T 12643-2013界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了
GB/T 12643-2013、GB/T 37283-2019中的某些术语和定义。
3.1
服务机器人 servicerobot
除工业自动化应用外,能为人类或设备完成有用任务的机器人。
注1:工业自动化应用包括(但不限于)制造、检验、包装和装配。
注2:用于生产的关节机器人是工业机器人,而类似的关节机器人用于供餐的就是服务机器人。
[GB/T 12643-2013,定义2.10]
3.2
在家居环境或类似环境下使用的,以满足使用者生活需求为目的的服务机器人。
注:这种机器人的操作使用,通常不需要专业知识或技能,不需要特别的培训或资质。
[GB/T 37283-2019,定义3.3]
3.3
公共服务机器人 publicservicerobot
用于公众或商业任务的服务机器人。
示例:酒店服务机器人、银行服务机器人、场馆服务机器人和餐饮服务机器人。
注:公共服务机器人通常由经过适当培训的人员操作。
[GB/T 37283-2019,定义3.4]
4 测试条件
4.1 试验样品
服务机器人主要包括个人/家用服务机器人和公共服务机器人。
服务机器人应按照制造商的说明进行组装和操作,所有必要的准备工作(如功能测试等)应在试验
前完成。试验前应记录被测样品的条件信息和使用历史。
注:条件信息可包括型号/名称、软件版本和附件(如果有的话)。
所有的试验应在同一服务机器人及其附件(如果有的话)上进行。为了模拟服务机器人在正常使用
过程中可能受到的应力而进行的试验,可能对服务机器人造成损害,而需要额外的可更换部件,并对更
换的部件进行记录。
4.2 试验用工作条件
4.2.1 操作条件
安装的软件不应在一组测试期间被修改或改变。
试验场地上的安全设施应处于正常工作状态。
4.2.2 环境条件
除非另有规定,试验均在下述条件下进行:
---温度:15℃~35℃;
---相对湿度:25%~75%;
---大气压:86kPa~106kPa。
4.2.3 照明条件
除另有规定外,试验应在下列照明条件下进行:
---照度:测试操作区域应提供充分照明,应不低于100lx,当某一测试易受照度的影响时(如外观
检查),则该测试区域的照度应大于250lx。
---色温:3300K~5300K。
4.2.4 地面条件
本标准中所有的试验应在制造商规定的地面条件下进行,若制造商规定多种地面材质,则试验应在
不同的条件下进行。若制造商未规定,则试验应在平整的地板上进行,地面应包括光滑的未处理的层压
板或相当的板,至少15mm厚,且尺寸适合测试。
地面或坡面:摩擦因数在0.75~1.0,依据 GB/T 18029.13-2008测量。
5 机械安全评估与测试方法
5.1 检验方法
下列(但不局限于)检验方法可满足本标准的要求:
---A:视觉检查(使用人的感官而非借助任何专门的设备来检查服务机器人的情况,通常在服务
机器人不工作时进行视觉或听觉检查);
---B:实际试验(在服务机器人正常或异常条件下进行实际试验);
---C:测量(将测得的实际值与要求限值进行比对);
---D:在操作中观察[在服务机器人正常或异常条件下,在操作中使用检验方法A进行检查(如在
额定负载情况下进行)];
---E:分析相关设计图纸[结构分析或大致浏览电路图设计(包括电气、气动、水动等)和相关说
明]。
5.2 结构设计验证
5.2.1 棱缘和拐角验证
5.2.1.1 试验程序
服务机器人的功能需要可触及的棱缘和拐角,通过实际试验确定其是否合格。
服务机器人的功能不需要可触及的棱缘和拐角,通过附录A的相关试验确定其是否合格。
对于儿童可能使用的服务机器人,除上述程序外,还需进行GB 6675.2-2014中的5.8和5.9的相
关测试。
注:检验方法见5.1的A、B、D。
5.2.1.2 合格判据
服务机器人的功能需要可触及的棱缘和拐角,则:
a) 不引起伤害但可能会疼痛;或
b) 可能引起伤害。
注1:“不引起伤害”是指基于经验和/或基础安全标准不必医生或医院进行急症治疗。
注2:“可能引起伤害”是指基于经验和/或基础安全标准可能需要医生或医院进行急症治疗。
服务机器人的功能需要而存在不引起伤害但可能会疼痛、可能引起伤害的棱缘和拐角,则:
a) 任何可能的暴露不应危及生命;和
b) 当暴露时,棱缘和拐角对使用人员应是明显的;和
c) 应尽可能对棱缘和拐角采取可行的防护;和
d) 应提供指示性安全防护以降低无意接触造成的危险,指示性安全防护的要素应包括:
---IEC 60417:2015中6043;或
---“有尖锐边缘”或类似文字;或
---“不要接触”或类似文字。
对于儿童可能使用的服务机器人,还需满足GB 6675.2-2014中的5.8和5.9的相关要求。
5.2.2 把手和手动控制装置验证
5.2.2.1 试验程序
通过视觉检査、实际试验和以下述的轴向力施加于把手、旋钮或操纵杆上维持1min,以试着取下
这些零件来确定其是否合格。
若在正常使用中不可能受到轴向拉力,则施加的力为15N或制造商声明的拉力,取较大者。
若在正常使用中可能受到轴向拉力,则施加的力为30N或制造商声明的拉力,取较大者。
注:检验方法见5.1的A、B、D。
5.2.2.2 合格判据
把手、旋钮、操纵杆等松动会造成危险时,则应以可靠的方式固定。
用来指示开关或类似元件挡位的旋钮、类似件等,如果其被置于错误的位置会造成危险时,则不应
将其固定在错误位置上。
5.2.3 间隙
5.2.3.1 试验程序
根据产品结构选择试验方法,见附录A。
测量危险运动零部件的安全距离。
注:检验方法见5.1的A、B、C、D。
5.2.3.2 合格判据
间隙周围应具有足够的防护措施,保证外部物体无法接触到内部电路或导电零部件。
与危险运动零部件的安全距离应符合GB/T 23821-2009的要求。
5.2.4 限位
5.2.4.1 试验程序
通过视觉检查、测量,服务机器人在没有任何制动措施的条件下以额定负载、最大速度运行到最大
或最小行程位置。
注:检验方法见5.1的A、B、D、E。
5.2.4.2 合格判据
服务机器人使用和操作其运动幅度不应超过安全范围。
机械限位装置(如机械挡块)在碰撞后不应产生不可接受的风险,且可恢复至原始形态。机电限位
装置(如接近开关)控制电路应符合电气性能要求。服务机器人控制和任务程序不应改变机电限位装置
的设置。
软限位范围应小于硬限位范围。如果软限位可进行设置,则软限位设置应有人员授权限制,并在服
务机器人系统上电后一直处于激活状态。
5.2.5 出现故障后撤离
5.2.5.1 试验程序
通过视觉检查、实际试验、在操作中观察,服务机器人在正常工作的状态下,模拟一个故障。
注1:载人服务机器人服务空间故障撤离:服务机器人将人约束在服务空间内部,如载人服务机器人系统发生故障,
内部的人安全快速撤离。
注2:可穿戴服务机器人故障撤离:服务机器人与人的直接交互、相互穿越、相互接触的可穿戴服务机器人脱卸故障
脱离撤离。
注3:检验方法见5.1的A、B、D。
5.2.5.2 合格判据
服务机器人及其服务空间应满足如下要求:
---应有完善的安全撤离程序,符合制造商的声明文件;
---在服务机器人上及其周围应提供足够的空间,在不造成危险的情况下,使用测试设备、校准设
备、辅助支持设备和其他所需工具,且便于人员在不拥挤的情况下撤离;
---服务空间中至少有两个出口通道,当只有一个出口时,需设置一个紧急出口且无障碍物阻挡;
---服务空间内人员可出入的所有区域不应存在尖利和(或)粗糙边沿(特殊用途除外);
---低矮结构或横梁应加上足够厚的衬垫,并有清晰的黄色警告标识;
---进入或离开服务机器人空间时,操作方便;
---出入门和紧急出口内部应配有标牌,其上列出使用说明;
---出入门和紧急出口的开口不应小于600mm×610mm,尺寸宜为700mm×800mm或以上;
---服务机器人应设计成当电源中断后恢复时,除预定功能中断外,不会发生安全方面危险;
---为保证安全,可穿戴服务机器人应便于穿脱,在发生事故时可快速解开。
5.3 危险的运动部件防护的验证
5.3.1 试验程序
通过视觉检查来检验运动零部件的可触及性,必要时,按照附录A的试验方法进行验证。
注1:机器人的功能需要2级机械能量源(MS2)运动零部件是一般人员可触及的,或3级机械能量源(MS3)运动零
部件是一般人员或受过培训的人员可触及的,则:
---任何暴露不应危及生命;和
---当暴露时,运动零部件应是明显的;和
---应尽可能多的对运动零部件采取防护;和
---应使用指示性安全防护;和
---对 MS3,手动触发的止动装置应清晰可见,并放置在其附近750mm范围内显著的位置。
如下的 MS3运动零部件:
---仅对熟练技术人员是可触及的;和
---MS3运动零部件不是明显的(例如,间歇运动的装置)。
注2:对 MS2、MS3的定义见IEC 62368-1:2018中8.2。
注3:检验方法见5.1的A、B、D。
5.3.2 合格判据
应按提供指示性安全防护以降低无意接触运动零部件的可能性。
指示性安全防护的要素应包括如下内容:
---对运动风扇叶片,或对其他运动零部件;
---按适用情况,“运动零部件”或“运动风扇叶片”或类似文字;
---按适用情况,“身体部位远离运动零部件”或“身体部位远离风扇叶片”或“身体部位远离动作路
径”或类似文字。
在一般人员维修条件下,如果需要使防止接触 MS2运动零部件的安全防护失效或旁路,则应提供
指示性安全防护以提示:
---在失效或旁路安全防护前断开电源,和
---在重启电源前重新启动安全防护。
为减小服务机器人的运动零部件(例如夹紧的尖状物、啮合齿轮和可能因控制装置意外复位导致启
动运动的零部件)造成伤害的可能性的安全防护与危险运动零部件的距离应满足 GB/T 23821-2009
的要求。
除非另有规定,如果可能发生手指、饰品、衣服、头发等可进入并接触到危险运动零部件的情况,则
应提供防护以防止身体部分或其饰物进入。
5.4 安全功能的验证
5.4.1 要求的安全性能等级
5.4.1.1 安全性能等级确定方法
若通过安全功能实施保护措施,则应符合本条要求。服务机器人的控制系统功能(电气、液压、气动
和软件)所需的性能等级(PLr)应按表1决定,其验证和确认应符合GB/T 16855.2-2015。
5.4.1.2是基于附录B评估方法估计典型服务机器人类型控制系统相关部件的性能等级(PLr)的简
化程序,若在5.4.1.2的范围内或无充分理由,评估安全功能的PL宜直接采用5.4.1.2的要求,其他情况
则应采用附录B进行评估。
若以下一条或多条功能用于减小风险,应为每个使用的功能定义一个性能等级(PLr),除非适
用5.4.1.3:
---避免危险碰撞的验证(5.4.2);
---紧急停止的验证(5.4.3.1);
---保护性停止的验证(5.4.3.2);
---操作空间限制的验证(5.4.4);
---安全相关速度控制试验(5.4.5);
---安全相关力控制试验(5.4.6);
---防跌落功能验证(5.4.7);
---奇异点限制验证(5.4.8);
---无线控制验证(5.4.9)。
本条中涉及的安全功能为服务机器人常见的安全功能,若服务机器人的控制功能不在范围内,则应
依据 GB/T 16855.1-2018及附录A判定与安全有关的控制系统性能要求并满足相应的性能准则。
5.4.1.2 典型服务机器人控制系统安全相关部件的所需的性能等级(PLr)
典型服务机器人控制系统安全相关部件的最低所需的性能等级(PLr)如表1所示。
移动式服务机器人(轮式、足式、履带式等):
---1.1型:轻型且慢型且预计应用于非人员密集型场所;
---1.2型:中型且慢型且预计应用于非人员密集型场所;
---1.3型:重型或快型或预计应用于人员密集型场所。
固定式服务机器人:
---2.1型:运动部件与人接触的准静态接触和(或)暂态接触的力与压力值小于或等于阈值;
---2.2型:运动部件与人接触的准静态接触和(或)暂态接触的力与压力值超过阈值。
注1:“轻型”指产品质量≤7kg;“中型”指产品质量 >7kg且≤25kg;“重型”指产品质量 >25kg。
注2:“慢型”指产品最大移动速度低于或等于风险评估确定的预定用户群体的正常行走速度;“快型”指产品最大移
5.4.4.2 试验程序
5.4.4.2.1 本体限制
按照GB/T 36530-2018中6.3提出的操作空间限制,检测被衡量的运动部件的瞬时速度,检查服
务机器人的各瞬时速度是否匹配各区间划分。
注:检验方法见5.1的A、B、C、D。
5.4.4.2.2 空间限制
实际操作服务机器人进入图2所示的类型区域,观察服务机器人。
注:检验方法见5.1的A、B、D。
5.4.4.3 合格判据
5.4.4.3.1 本体限制
应符合GB/T 36530-2018中6.3对操作空间限制的要求。
注1:不具备移动、运动能力的服务机器人不适用此要求。
注2:具备特殊操作能力的服务机器人,例如:擦窗服务机器人,烹饪服务机器人等,在服务机器人在正常操作过程
中,应通过保护措施或者辅助设施,或者配合服务机器人安全使用手册,确保服务机器人使用安全。
5.4.4.3.2 空间限制
服务机器人禁止在不可预见的空间与环境下使用。
在服务机器人的使用信息中应明确服务机器人的操作空间与使用环境,包括:操作空间大小、使用
对象、使用环境的温湿度等。
5.4.5 安全相关速度控制试验
5.4.5.1 试验程序
风险评估确定服务机器人的安全相关速度限制。操作服务机器人在最不利的情况下,验证其安全
相关速度控制是否合格。
注1:最不利的情况通过与供应商协商来确定。
注2:检验方法见5.1的A、B、C、D。
5.4.5.2 合格判据
服务机器人的整体速度应控制在一定范围内,确保移动部件不会超过安全相关速度限制。安全相
关速度控制的设计和制造应确保错误发生时,操作机的末端执行器和其他部件的速度不会超过安全相
关速度限制,且错误发生时,应启动安全状态。
若服务机器人该功能通过安全相关控制系统来实现,则控制装置安全部件的安全类别应符
合5.4.1。
5.4.6 安全相关力控制试验
5.4.6.1 试验程序
对于通过力控制来保证产品安全的服务机器人(如用于非工业环境中的协作机器人等),其在低速、
柔性工作模式下,通过安全方式向机器人施加超过安全阈值的力[工具中心点(TCP)处的最大动态功率
为80W或最大静态力150N],观察服务机器人是否进入安全状态及进入安全状态的反应时间(制造商
声称值)。
安全相关力值试验按GB/T 36008-2018中5.5.5.2及附录A的测试方法及阈值进行测试。
注:检验方法见5.1的A、B、C、D。
5.4.6.2 合格判据
在设计阶段,应对服务机器人安全相关的力进行安全阈值设定,并由安全相关传感机制(包括接触
传感与非接触传感)和反应机制完成力的控制,以保证服务机器人正常工作状态下,安全相关力控制应
使服务机器人输出力不会超过阈值的安全状态。
当意外接触发生时,服务机器人应至少符合以下要求:
---接触力能保持在安全相关力限制(GB/T 36008-2018中附录A)之内;
---接触发生后,使服务机器人进入安全状态。
服务机器人的任何部位在预期使用过程中对人或其他安全相关对象所施加的力应控制在最大安全
接触标准(GB/T 36008-2018附录A)内。
5.4.7 防跌落功能验证
5.4.7.1 试验程序
服务机器人按照如下方法进行测试:
将服务机器人放置在测试区(制造商声称区域)中央,按照说明书规定的自主运动模式,运行服务机
器人10min。
注:检验方法见5.1的A、B、D。
5.4.7.2 合格判据
试验过程中,服务机器人应满足如下要求:
---服务机器人不应跌落到测试区外;
---服务机器人能检测到此高度差,并作出一些规避措施(如刹住车、后退、绕道行驶等)。
5.4.8 奇异点限制验证
5.4.8.1 试验程序
对于在运动过程中出现奇异点的服务机器人,根据服务机器人的结构特点预估出现奇异点的状态,
即服务机器人操作臂的各轴所处的位置。服务机器人末端执行器沿直线运动,直线运动应包含预估状
态。观察服务机器人运动情况。
注1:对于服务机器人经过奇异点的运动,可采取以下一条或多条措施:
a) 控制经过奇异点的运动以避免危险;
b) 服务机器人应避开奇异点,如:通过调整路径规划实现;
c) 在服务机器人通过奇异点之前停止服务机器人运动并发出警告或在协调运动期间进行回避。
注2:检验方法见5.1的A、B、D。
5.4.8.2 合格判据
服务机器人不应出现不可预见的运动情况(包括不规则抖动,运动骤停等)。需要通过对控制程序
的本质设计,包括对雅克比矩阵的处理、速度限制等方式,处理服务机器人操作过程中的奇点问题,以确
保服务机器人不应由于奇点导致运动速度与方向等不可预见情况的出现。
5.4.9 无线控制验证
5.4.9.1 试验程序
根据风险评估确定无线控制的PLr等级,视觉检查、在操作中观察、分析相关设计图纸,确定机器
人的无线控制是否合格。
注:检验方法见5.1的A、B、D、E。
5.4.9.2 合格判据
服务机器人的无线控制应符合IEC 60204-1:2016中9.2.4的相关要求。
5.5 稳定性的验证
5.5.1 静态稳定性验证
5.5.1.1 一般要求
对于仅在平面运动的服务机器人且其质量大于或等于7kg,则只需进行5.5.1.2中2)要求的测试。
仅在平面运动的服务机器人,需要制造商通过说明书进行说明。
对于设计为仅需在倾斜面上运动的服务机器人且其质量大于或等于7kg。则只需进行5.5.1.2中
1)要求的测试。仅在倾斜面上运动的服务机器人,需要制造商通过说明书进行说明。
小于7kg的服务机器人不适用于本条款。
如果服务机器人各单元设计成要在现场固定在一起,而且不单独使用,单个服务机器人单元的稳定
性可从本条款的要求中免除。当某个服务机器人单元的安装说明书中规定,整个服务机器人在工作前
要固定在建筑物构件上,则本条款的要求不适用。
试验装置应符合附录C的要求。测试防滑见附录D。
5.5.1.2 试验程序
试验时,服务机器人的各预定用于装载物品的位置应在其额定容积范围内装入额定重量的物品,
门、抽屉、胳膊、腿应置于最不利位置。对于具有多种位置特性的服务机器人,应按其结构允许的最不利
位置进行试验。
示例:如果在正常操作服务机器人时......
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