協作機器人安全始於特定的人機任務，而非產品類別。當新增鋒利工具、重型工件、陷阱點、意外重啟或高能過程時，仍可能帶來不可接受的風險。整合商必須評估並驗證整個應用。
工業標準描述了四種協作操作方法：安全級監控停止、手動引導、速度與分離監測以及功率和力限制。它們回答了關於何時進入、機器人運動是否持續、是否有意接觸以及有害能量如何控制等不同問題。
將此指南與 機器人功能安全指南 及 碰撞檢測指南一起使用。無論是低速還是靈敏臂，都無法消除辨識危險、設計防護措施和測量最終單元的需求。
將協作視為應用屬性
協作指的是人與工業機器人共享受保護空間或從事相關任務的操作情境。它並不意味著無限制的接近。不同階段如生產、裝載、教學、堵塞清理和維護可能需要不同的防護措施和存取規則。
從人員、運動、有效負載、末端效應器、工件、夾具及周圍機器開始。包括可預見的誤用：繞過感測器、從無監控側進入、繞過夾具或在人員離開前重置。風險評估決定協作操作是否合適。
將四種方法匹配到動作和接觸
安全級監控停止裝置防止機器人在協作工作區內移動。手動引導允許授權人員透過合適裝置指令動作。分離監測會隨著距離縮短改變機器人行為。功率和力限制控制允許接觸的後果。
一個單元在其操作序列中可以使用多種方法。例如，分離監測可能減緩進近，監控停止可能保護負載，功率和力限制可能針對殘餘瞬態接觸。每個過渡都需要明確的條件和當證據失效時的安全反應。
| 方法 | 機器人近人運動 | 接觸假設 | 主要證據 |
|---|---|---|---|
| 安全級監控停止 | 停止了 | 非必需 | 停止狀態與防止重啟 |
| 手引導 | 操作員指令 | 引導互動 | 啟用裝置、速度與控制權 |
| 速度與分離監測 | 條件 | 距離避免 | 探測場與制動距離 |
| 功率與力限制 | 可以繼續 | 可能的或意圖 | 接觸力、壓力與幾何形狀 |
| 綜合應用 | 相位依賴 | 情景依賴 | 驗證過的轉換邏輯 |
使用安全額定監控停止進行共享通行
在此模式下，機器人根據保護設計，在人員進入協作工作區前或進入時達到並保持監控的停車。驅動電源可能仍然可用，但危險運動不應僅因感測器解除或通訊恢復而恢復。
測量停止啟動、最終靜止及防止意外重啟。檢查重力、制動行為、外軸、懸掛負載以及儲存的氣動或彈簧能量。如果應用未被機械控制，靜止機器人仍可能存在壓碎、釋放或墜落的危險。
手引導需要明確的控制權
手動引導不僅僅是推動可逆驅的機械臂。應用需要有意的引導裝置或介面，具備啟用條件、有界速度，以及操作員輸入與機器人動作之間的明確關係。釋放啟用功能或檢測故障應導致指定的安全反應。
評估導引路徑中的伸手範圍、可見度、夾點及人體姿勢。操作員可能專注於工具，未能發現接近夾具的另一連桿。驗證方向、增益、死帶、釋放行為及自動操作權的轉移。
速度和分離監測是一個時間問題
分離監測需要保護性感應系統、可靠的位置或速度資訊以及制動模型。距離預算包括感應延遲、邏輯延遲、機器人反應、制動距離、侵入速度、不確定性以及任何必要的補充餘量。在佈局上繪製的場本身並不構成證據。
測試最快可信的方法、機器人最不利姿勢和速度、感測器盲區、反光服裝、攜帶物體及同時進入者。如果追蹤丟失、資料過期或保護場失效，系統必須切換到定義的保護狀態。
| 驗證專案 | 度量 | 不利條件 | 接受問題 |
|---|---|---|---|
| 人員檢測 | 覆蓋範圍與反應時間 | 盲角或閉塞 | 每條通道都受到保護嗎？ |
| 機器人狀態 | 速度和位置誤差 | 網路故障或編碼器故障 | 距離計算是保守的嗎？ |
| 停止效能 | 反應與制動距離 | 最差負載和姿勢 | 運動會在邊界前停止嗎？ |
| 接觸結果 | 力與壓力 | 工具刃或卡槽 | 劇本的限制是否達成？ |
| 重啟 | 復位與重返大氣層邏輯 | 人留在裡面 | 運動會意外恢復嗎？ |
功率和力限制控制接觸後果
功率和力限制依賴機器人機械、感應、控制極限和應用幾何結構，以保持接觸後果在風險降低設計內。瞬態衝擊和準靜態陷阱不同。一個順從的機械臂無法使鋒利工具、高溫工藝或破碎夾具變得無害。
使用適當的測量裝置和程式測試代表性的人體位置、進近方向、速度、有效負載和機器人設定。 ISO/TS 15066 協作機器人規範 提供了重要的生物力學背景，但接受度受本地法規、現行應用標準和合格的安全工程標準決定。
工具和工件改變了風險
末端效應器確定接觸面積、邊緣、熱量、儲存能量以及是否能被困住身體部位。軟質機器人外罩不能消除鑽頭、刀片、夾持指或工件邊角的風險。危險分析中應包括軟管、電纜、快速更換器和掉落物體路徑。
有效負載會改變制動距離、衝擊能量和關節極限。夾具形成固定表面，使人員可以被固定在上面。驗證每一個獲批工具和有效負載組合，並使用設定控制，確保未經批准的附件無法悄然繼承原始安全宣告。
測量最終工作單元，而不是信任標籤
製造商安全職能提供構建模組和限制，而非對整合任務的認證。記錄機器人模型、安全軟體、設定校驗和、工具、有效負載、地面安裝、感測器位置和測量裝置。除錯後測試安裝的幾何結構。
目前 ISO 10218-2:2025 涵蓋工業機器人應用與單元的整合，而 ISO 10218-1:2025 則關注工業機器人。應用與專案相關的版本和地區需求，而非依賴舊有的通用清單。
重啟和模式切換是兩個不同的危害
保護性停止不定義誰可以重置它、重置發生地點或必須看到什麼。重置應確認某個條件；不應自動觸發危險動作。檢查工作區內的人不能被隱藏在重置位置或繞過預定順序。
測試電源恢復、控制器重啟、網路重新連線、換工具、手動轉自動轉換及保護性故障恢復。記錄主動操作模式和安全狀態。指示不清或 HMI 狀態過時可能導致正確安全功能被錯誤使用。
將功能安全與物理驗證聯絡起來
效能水平或安全完整性水平分析關注安全相關控制功能的完整性。它不能證明保護距離足夠或測量接觸是可接受的。功能完整性和應用幾何是互補的證據層。
將每個危害追溯到安全功能、所需完整性、感測器、邏輯、致動器、診斷覆蓋和物理驗收測試。 NIST 基於 任務的人機協作工作 強化了對實際製造任務進行表徵，而非孤立機器人的必要性。
重新驗證每一項與安全相關的變更
有效負載、工具、速度、軌跡、佈局、地板狀況、感測器安裝、韌體或安全參數的變更都可能改變已驗證的包絡線。部署前對變更進行分類，並說明哪些風險評估和測試偽影需要重複。保持先前設定可恢復以便調查。
安排定期檢查保護感測器、剎車裝置、蓋板、電纜、緊韌體和復位裝置。採用趨勢停止測量，而非永遠記錄單一除錯值。漂移制動或移動感測器可能佔用餘裕，而軟體仍報告健康狀態。
構建可審計的驗收包
交接包應包括風險評估、安全功能規範、計算、設定記錄、測試方法、校正測量、剩餘風險、培訓要求和變更控制流程。明確說明每個操作階段適用的協作方法。
在生產釋出前和重大變更後使用這些驗收門。證據應使其他合格評審者能夠重現決策，而非僅憑供應商名稱或成功展示推斷。
評估“協作機器人安全模式：停止、引導、分離或限制力”時，還應儲存模型版本、機器人設定、校正檔案、測試日期和全部試驗記錄。
只有把這些持續投入與單位成功任務的價值比較，才能判斷方案是否適合擴大。
- 繪製每一個人類的接觸和接觸場景。
- 為每個階段分配一種或多種保護方法。
- 測量檢測、停車、距離和接觸行為。
- 驗證重置、重啟和模式轉換。
- 控制工具、有效負載、軟體和佈局的變更。
常見問題
協作機器人能消除安全圍欄嗎？
不。風險評估仍可能需要對某些階段、工具或危險設定警戒、聯鎖或限制區。
低速能取代功率和力測試嗎？
不。速度影響接觸能量，但幾何形狀、負載、陷阱和控制反應也決定結果。
普通攝影機能進行分離監測嗎？
僅應使用經過驗證的安全功能保護感應解決方案和架構。僅憑影像質量是不夠的。
用手引導和用力推手臂是一樣的嗎？
不。手動引導需要明確的控制權限，包括允許條件、受限運動以及在引導輸入釋放或失效時的安全行為。
更換協作機器人電池後應該重新測試哪些內容？
重新評估受影響的危險，並重復針對變更設定的相關停止、分離、接觸、重啟及功能安全測試。
協作應用安全邊界
本指南解釋工程概念，不認證申請。將現行標準、本地法律、製造商說明及專業機械安全評估應用於安裝單元。