功率與力限制（PFL）是一種協作操作方法，透過應用設計和驗證的測量限制接觸後果。被宣傳為協作式的機器人在新增工具、工件、路徑、夾具和人員後，無法建立可接受的接觸。
測試從可預見的接觸場景開始。工程師區分瞬態衝擊與準靜態陷阱，辨識物體區域和方向，重現安裝的機器人設定，並記錄完整的力和壓力行為隨時間變化。
本指南具有教育性質，不能取代適用的標準、法律或合格的機械安全評估。請與協作 機器人安全指南 和 力轉矩感測器指南一起使用。
在應用層面定義 PFL
PFL 不僅僅是機械臂的屬性。風險評估涵蓋了完整的運動幾何形狀、任務、可接觸接觸點、預期人員、工件、周圍表面以及所有可能發生接觸的操作模式。
記錄允許哪些接觸，哪些必須防止，以及哪些假設支援該決定。沒有該場景邊界的控制器設定沒有可辯護的接受意義。
分離的瞬態接觸和準靜態接觸
瞬態接觸允許撞擊後分離，而準靜態接觸則可能將身體部位困在運動和固定結構之間。相同的峰值力值並不代表相同的持續時間、壓力或逃逸狀態。
根據物理幾何和運動對每種場景進行分類。即使機械臂表面是圓形的，也要測試機器人、工具、工件和夾具之間的夾擊。
| 場景場 | 戰績 | 為什麼重要 | 典型控制 |
|---|---|---|---|
| 接觸類型 | 暫時或被困 | 變更後果 | 間距或力控 |
| 身體區域 | 可預見的位置 | 不同的脆弱性 | 預防還是限制 |
| 幾何 | 半徑與面積 | 壓力變化 | 圓形或墊狀 |
| 運動 | 方向與速度 | 能量變化 | 減速 |
| 設定 | 姿勢、裝彈與工具 | 改變有效動力學 | 配方鎖定 |
構建接觸場景矩陣
使用接觸點、物體區域、進近方向、陷阱條件、機器人姿勢、速度、有效負載、工具狀態和生產模式的行。包括人員可能比正常週期更近的設定、回收和維護。
優先考慮可信的最壞情況，但保留排除組合的合理性。單一方便的測試點不能代表不斷變化的多鏈路機器人應用。
將力和壓力作為不同的量來測量
力是透過接觸點整合負載，而壓力則取決於面積分佈。即使總力看起來較小，狹窄的刀具邊緣也可能產生有害的區域性壓力。
捕捉峰、持續時間、衝量（如有）、接觸面積或壓力反應及重複性。保持完整的波形，避免濾波或取樣掩蓋短峰。
考慮有效質量和機器人姿態
接觸能量取決於速度和沿撞擊方向的有效質量。有效行為會隨著機器人設定、方向、負載、重心和驅動控制而變化，因此單臂質量值不足。
測試姿勢和指令，最大化每個危險點的可信反應。確認每個生產配方中程式限制保持有效。
包含刀具和工件幾何形狀
鋒利、尖銳、熱、動力或磨料工具可能在簡單力限之外製造危險。固定工件可以增加邊緣和慣性；掉落工件則會產生獨立的撞擊危險。
透過本質上更安全的幾何結構、防護、隔離或工藝變更來降低風險，再依賴接觸限制。 PFL 無法讓所有工藝都適合人類接近環境。
不要替代內部碰撞檢測
機器人關節轉矩或馬達電流監測可以觸發停止，但其訊號與外部接觸力或身體壓力不同。靈敏度隨姿態、摩擦、負載和加速度變化。
將內部檢測作為控制策略的一部分，並透過獨立的應用測量進行驗證。包括未接點、干擾絆倒和停止反應。
使用校正且可重複的測試裝置
測量系統需要合適的量程、動態反應和取樣率、接觸面和校正可追溯性。將其與實際運動對齊，並約束以表示模擬的人體接觸狀態。
重複執行並記錄不確定性。拒絕那些見底、飽和、滑動或引入與情景無關支撐條件的設定。
在範圍內應用現行標準
官方 ISO 目錄將 ISO/TS 15066:2016 列為協作機器人的已發表指南，並列出工業機器人應用和單元的 ISO 10218-2:2025。
請與有能力的安全專業人員確定適用版本、管轄區、過渡規則、測量方法及驗收標準。公開摘要不能取代規範文字。
降低風險並重復相同的檢測方法
可能的控制措施包括取消通行、增加淨空、圓滑幾何形狀、填充、降低速度、改變路徑、減少有效質量、修改工具或增加保護功能。從危險層級中選擇控制，而不僅僅是生產便利性。
更換後重復同樣的不利情況，以保證改善效果。確認修改沒有造成新的夾點或延長曝光時間。
將 PFL 設定鎖定到生產設定
刀具、手指、工件、有效負載、路徑、速度、加速度、碰撞靈敏度和軟體版本定義了批准的設定。配方選擇和工具辨識應防止未經測試的組合在協作模式下執行。
在相關變更後重新驗證，並監測漂移、磨損和制動或控制行為。使用 握把穩定性指南 來判斷保留工件的假設。
| 驗證 | 度量 | 警告 | 反響 |
|---|---|---|---|
| 幾何 | 可達點 | 新增夾傷點 | 重新設計 |
| 動力學 | 姿勢與速度 | 最壞情況省略 | 展開矩陣 |
| 聯絡方式 | 力與壓力 | 波形超越規則 | 降低風險 |
| 控制 | 探測與攔截 | 姿態依賴 | 重新調校並重新測試 |
| 變化 | 配方標識 | 未測試組合 | 區塊釋放 |
釋出一個 PFL 驗證檔案
儲存風險場景、機體區域理由、安裝設定、測試裝置和校正、原始波形、不確定性、驗收標準、風險降低措施、殘餘風險和變更觸發因素。
仔細審查，請進行以下檢查。
評估“功率和力限制接觸測試”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。
上線後仍要持續檢查分佈變化、感測器漂移、機械磨損和人工接管原因。
實際專案還應指定資料、模型、控制器和安全流程的負責人，並預先定義回復條件。責任邊界、審批記錄與變更紀錄越清楚，故障發生後越容易停止擴散、定位原因並安全恢復。
把任務拆成感知、決策、動作執行和結果確認，可以更準確地定位瓶頸。每一階段都應有獨立指標與失敗示例，避免用端對端成功率掩蓋偶發但嚴重的風險。
引用的產品規格、論文結果和監管要求需要記錄釋出日期與適用版本。資料更新後應重新核對關鍵結論；無法從一手來源確認的內容，應明確標註為待驗證資訊。
小規模試點的價值在於提前暴露介面、人員協作和異常處理問題。試點結束後應依據預設門檻決定擴大、修改或停止，而不是因為已經投入資源就預設繼續。
所有結論都應能夠追溯到原始記錄，並可複核。
介面定義變化時，舊資料和舊控制參數不能在未經驗證的情況下直接複用。
異常測試應覆蓋斷電、通訊丟失、感測器失真、物件滑移和人員進入工作區等情形。系統不僅要發現異常，還應以可預測的方式減速、停止或請求人工確認。
維護計劃需要把檢查週期、易損件、備件、校正和軟體更新納入同一套記錄。若維護成本或停機時間持續上升，應重新評估系統設計，而不是隻提高操作人員負擔。
報告平均值之外，還應公開最差結果、分佈尾部和失敗影片或紀錄索引。對安全關鍵任務而言，少數嚴重失敗往往比平均效能更能決定是否可以部署。
- 分類瞬態和準靜態接觸。
- 測試實際工具、工件、姿勢和速度。
- 獨立測量力和壓力波形。
- 分別減少非接觸式工藝的危害。
- 鎖定批准的設定，並重新測試每一個相關變更。
常見問題
協作機器人能在沒有 PFL 測試的情況下與人並肩工作嗎？
不僅僅是產品標籤；整個應用需要風險評估和驗證。
降低機器人力限制是否總是讓接觸安全？
不。幾何結構、壓力、陷阱、有效質量和停止行為也很重要。
手腕的力量-轉矩資料足夠嗎？
不能。它可以支援診斷，但不能替代危險點的校正接觸測量。
人體會做檢測嗎？
不。使用合適的測量裝置和經過驗證的方法，而不是人類受試者。
僅僅更換工具就需要重新評估嗎？
是的，當幾何形狀、質量、慣性、工藝能量、保持力或可接觸接觸發生變化時。
測量接觸與應用邊界
PFL 是一種應用特定的接觸風險控制。僅接受基於場景的測量、風險降低、設定控制和適用要求下的合格驗證。