协作机器人-激烈的市场谁能杀出重围（三）——机器人的安全性问题的来源和如何保证
本文将从下面几个方面试图解释协作机器人的发展，及探寻激烈的市场下能够存活的缘由：
1. Rethink公司为什么倒掉？
2. 为什么协作机器人能够兴起？
3. ISO/TS 15066 协作机器人规范出笼，说明了什么问题？
4. 各协作机器人公司的技术起源
5. 国内协作机器人发展状况
6. 协作机器人公司处于竞争不败之地的缘由
注：文章内容来源于网络，仅代表个人观点不代表公司立场。
上次写了两篇协作机器人-激烈的市场谁能杀出重围（一）和（二）之后，一直被一些琐事包围。最近正好在国外休假，把安全性问题专门总结一下。
1. 什么是机器人的安全问题？
机器人自60年代部署在生产线，极大的提高了生产效率，同时职业健康和安全，也是迄今都在努力解决的问题。
根据统计显示，百分之五十六的机器人伤害被归类为夹伤，百分之四十四的伤害被归类为撞击伤。根据1987年的一项研究发现，生产线工人的风险最大，其次是维护工人和程序员。综合下来，糟糕的工作场所设计和人为失误造成了大多数伤害。 尽管缺乏关于与机器人相关的特殊伤害的职业监测数据，但美国国家职业安全与健康研究所（NIOSH）的研究人员在1992年至2015年之间使用无线电通信局的关键字搜索确定了61例与机器人相关的死亡致命职业伤害研究数据的劳工统计 （BLS）人口普查。根据数据，NIOSH及其国家合作伙伴根据“致命性评估与控制评估计划”调查了4种与机器人相关的死亡事故。 此外，美国、欧洲职业安全与健康管理局（OSHA）已调查了与机器人相关的死亡和伤害，可在OSHA事故搜索页面上进行审查。由于协作和共存的机器人，动力外骨骼和进入工作环境的自动驾驶汽车的数量不断增加，伤害和死亡人数可能随时间而增加。
在工作场所使用机器人会导致许多危险和伤害。 一些机器人，特别是那些在传统工业环境中的机器人，既快速又动力有很强大。 这增加了受伤的可能性，因为从机械臂挥动一个秋千可能会造成严重的人身伤害。当机器人发生故障或需要维护时，还有其他风险。 在机器人上配合工作的工人可能会受伤，因为通常无法预测发生故障的机器人。 例如，作为汽车装配线一部分的机械臂可能会遇到电机堵塞的情况。正在努力解决机器人卡死的工人在机器人卡住时可能会突然被手臂撞到。 此外，如果工人站在与附近机械臂重叠的区域中，则他或她可能会受到其他移动设备的伤害。
职业安全和健康管理局对的安全问题做了总结和梳理：
机器人可能发生四种类型的事故 ：撞击或碰撞事故， 挤压和拍击事故，机械零件事故以及其他事故。 撞击或碰撞事故通常是由故障和意外变化引起的。当工人身体的一部分被机器人设备困住或被钩住时，会发生压伤和拍击事故。 机械手发生故障并开始“崩溃”时，可能会发生机械零件事故，在这种情况下，零件弹出或裸露的导线可能会造成严重伤害。 使用机器人工作时发生的一般事故中的其他事故。
人与机器人和机器的互动有七个与之相关的危险源： 人为错误 ，控制错误，未经授权的访问，机械故障，环境原因，电源系统和不正确的安装。人为错误可能是从一行不正确的代码到机械臂上的螺栓松动的任何事物。 许多危害可能源于人为错误。 控制错误是内在的，通常不可控也不可预测。 当不熟悉该区域的人员进入机器人的域时，会发生未经授权的访问危险。机械故障随时可能发生，并且故障单元通常是不可预测的。 环境源是可能导致机器人故障的环境中诸如电磁或无线电干扰之类的事物。 动力系统是气动 ， 液压或电动动力源；这些电源可能会发生故障并引起火灾，泄漏或电击。 不正确的安装是不言自明的。 松动的螺栓或裸露的电线会导致固有的危险
2. 为什么安全问题如此重要
2016年，美国阿拉巴马州妇女在一家工厂工作时被机器人撞死。
里贾纳·艾伦·艾尔西娅（Regina Allen Elsea）于2016年6月受雇于一家制造商的临时工，当时她被机器压伤致死，该机器为现代和起亚汽车生产汽车零部件。
美国职业安全与健康管理局 （OSHA）的一项调查导致向阿拉巴马州Cusseta的Ajin USA引用23项故意，严重和其他严重违反行为，包括19项严重违反行为。OSHA称，现代和起亚已被警告其供应商工厂存在潜在危险，但仍继续按需设定生产目标，以致经常要求工人每周工作六至七天。另外，为了降低成本，供应商似乎在安全方面走捷径。调查中还引用了两个人员编制机构，Alliance TotalSolutions LLC和Joynus StaffingCorp。这两家公司因违反联邦安全和健康法，将面临总计超过250万美元的罚款。
悲剧是如何发生？
装配线停止后，Elsea身体被压碎。她和她的三个同事一起进入机器人站，清除了传感器故障。机器人突然重新启动，将年轻女子压在机器内部。
“如果Regina Elsea的雇主采取适当的安全预防措施，这种无聊的悲剧本可以避免，”职业安全与卫生助理劳工部长David Michaels博士在一份声明中说。 “此外，不幸的是，现代和起亚对他们从供应商那里购买的零件设定了严格的规格，他们似乎不太关心制造这些零件的工人的安全。”
OSHA向Ajin USA发出了两项严重的禁令：
▶ 不允许员工在不正确佩戴或不佩戴保护套的情况下使用具有锋利边缘的零件进行工作
▶务必在焊接机上安装有效的防护罩或窗帘
该机构还对Alliance和Joynus发出了两次严重的声明，原因是它们在维护和保养过程中未能控制潜在危险的储能，并且没有确保员工有锁来正确关闭机器。如果Ajin USA遵循了OSHA的“汽车配件行业安全隐患区域重点计划” ，该悲剧本可以避免。 在OSHA宣布罚款之后，Ajin表示正在进行自己的调查，并将继续与该机构合作。
提起了不当死亡诉讼的比斯利·艾伦律师事务所（Beasley Allen Law Firm）的肯德尔·邓森（Kendall Dunson）说，该工厂的前雇员表示，他们被鼓励尽快使一台失速的机器运转。 “……像Elsea女士和她的同事这样的操作员没有资格操作先进的机械。 为此，通常需要维护或高级技术人员。”
这个案例在综合现场安全调查后，归纳出机器人伤害人在下列事项中没有遵守规范：
▶没有利用功率控制程序来防止机械在维护和保养过程中启动。
▶根据安全程序，允许工人进入机器人工作区间而没有关闭动力使能，使他们面临被卷入，被殴打和压伤的危险。
▶未提供安全互锁来隔离危险能量 。
▶机器保护不当，使员工遭受挤压和截肢的危险。
3. 安全问题的标准化工作
没有绝对安全的机器人，只有确保安全的应用。安全的问题只有通过标准或者法规给与指导。
然而标准定义了通常要做的事情。从A4 /信纸的大小到工业机器人的安全功能，应有尽有。标准在制定时是最先进的，但它们始终缺乏背后的发展和未来的功能！例如仅ISO就有20000多个标准，但是到目前为止，与协作机器人无关的只有极少数。
ISO机器人相关标准由ISO / TC 299委员会雀鹰。ISO / TC 299前身为ISO / TC 184，该技术委员会在80年代成立，最初为“工业自动化”下作为SC 2“制造环境机器人”小组委员会成立。 当初主要与工业安全有关，并且在词汇和性能方面都有一定的活动，所以名字被更新为“工业环境机器人”。 后来名字再次更新为“机器人和机器人设备”，不仅包括工业机器人，还包括非工业机器人（在2006年被定义为服务机器人）。随着机器人活动的增加，需要更好的可见性以进行更好的协调，安全问题也每次提及。
但是，安全问题一直散落于ISO的标准中，包含下面几类：
· A - All / risk assessment
· ISO 12100
· B - Group of machines
· ISO 13849-1
· ISO 13850
· C - Specific
· ISO 10218-1
· ISO 10218-2
· Normal/non-harmonized
· ISO/TS 15066 (Technical Specification)
· ISO 9409 Tool
· ISO 9946 Characteristics
· ISO 9283 Performance and test methods
ISO委员会显然认识到机器人安全的重要性。尤其在协作机器人事实上已经出现了多年之后，ISO的相关标准仍然没有一个专门的词语提到协作机器人。随着安全性的问题越来越突出，ISO / TC 184 / SC 2在2016年升级为ISO / TC 299，并被冠以“机器人”的称号。多年来的这些变化反映了机器人领域标准化活动的增加和扩大。
ISO/TC 299委员会组成：
其中WG3第三工作组，专注于机器人的安全。WG5第五工作组中涉及医用机器人安全，和WG3中的机器人安全有相关之处。
4. ISO委员会第三工作组WG3–工业安全
ISO/TC 299委员会WG3第三工作组负责机器人的安全性规范的编制。
目前构成如下：
主席：RobertaNelson Shea（优傲机器人公司）
标准：
ISO 10218-1 –机器人和机器人设备–安全要求–第1部分：机器人（2011年发布，开始定期审核）
ISO 10218-2 –机器人和机器人设备–安全要求–第2部分：机器人系统和集成（2011年发布，开始定期审核）
ISO TS 15066 –机器人和机器人设备–工业机器人的安全要求–协同操作（2015年发布）
ISO / DTR TR 20218-1 –机器人和机器人设备–工业机器人的安全要求–第1部分：工业机器人系统手臂工具的末端（末端执行器）（新工作项）
ISO / PRF 20218-2 –机器人和机器人设备–工业机器人的安全要求–第2部分：工业机器人系统手动装载站（委员会草案）
目前第3工作组正在推进和探讨工业机器人的安全性。 在技术规范ISOTS 15066提出了对人机协作的扩展要求并规定了冲击力和压力的限制之后，第3工作组制定了两个新的工作项目。 其中一份是关于手动装载站（即工人将零件直接移交给机器人末端执行器（例如，夹具）的站）的安全性的技术报告。 此外，还制定了有关工业机器人末端执行器安全性的指导文件。第3工作组也正在对ISO 10218-1和-2进行系统地审查，而ISO 10218-1和-2现在已经达到8年了。 在更新过程中，打算将ISO TS 15066中的内容集成到这些标准中。
ISO标准是由参加自愿委员会的人员编写的。原则上，邀请所有国家派专家到委员会。但是实际上，只有付费参加这些会议的人才能参加。这意味着在ISO / TC 299 / WG 3中有许多用于工业机器人的机器人制造商。标准的内容可能对销售产生重大的商业影响，因此，公司愿意支付员工参加并捍卫自己的商标的权利。
有些国家有OSHA也参与其中，因为标准中的安全“漏洞”会导致公共保险金的支付，国家层面会重视安全问题。测试机构如Pilz，安全涉及其企业的商务计划，也会派人参加。其他全球性的用户如汽车生产厂商，日化巨头等也会派人参加。
目前ISO/TC 299第三组的工作中，中国机器人公司/研究机构的并没有参与，这是后面迫切需要加强的地方。
5. 安全问题到底如何保证？
工业机器人是可编程的多功能机械设备，旨在通过可变的编程运动来移动材料，零件，工具或专用设备，以执行各种任务。 传统工业机器人通常用于执行不安全，危险，高度重复和让人不愉快的任务。它们具有许多不同的功能，例如材料处理，组装，焊接，机床的加载和卸载功能，喷涂，喷涂等，它限制了和人接触的范围。
根据研究表明，许多机器人事故是在非常规操作条件下发生的，例如编程，维护，测试，设置或调整。 在许多此类操作中，工人可能会暂时处于机器人的工作范围内，在此情况下，意外操作可能会导致受伤。
当机器人的设计结合了允许其与人互动的内置防护措施时，便被视为“协作”机器人。2011年，国际标准化组织ISO公布了ISO 10218“工业机器人安全要求”。ISO10218-1规定了机器人在设计和制造时应遵循的安全原则；ISO10218-2规定了在机器人的集成应用、安装、功能测试、编程、操作、维护以及维修时，对人身安全的防护原则。
在ISO 10218-1和ISO10218-2中，合计只有大约1-2页专门针对协作机器人的要求和指南，这些指导和要求很有必要。但是随着协作机器人使用越来越广泛，ISO 10218中涉及协作的部分太少了。在ISO 10218-1标准中，涉及安全协作有一页，分为4个子部分，描述了不同的协作方法。只有5到10行字可作为协作机器人的参考。具体为5.10.2 到5.10.5部分。
安全问题越来越突出及协作机器人越来越多的用于实际项目中。2016年2月，ISO正式出版了“在操作人员与机器人协作工作时，如何确保操作人员安全的技术指南”——ISO/TS15066，是专门针对协作机器人编写的安全规范，同时也是ISO10218-1和ISO 10218-2关于协作机器人操作内容的补充。同时，ISO/TS 15066也可以作为机器人系统集成商在安装协作型机器人时做“风险评估”的指导性和综合性文件。一般来讲，机器人公司的产品在声明产品符合标准时，必须遵守所有要求，尤其必须遵守“规范”文本中使用“必须(Shall)”一词的所有句子。ISO的所有标准均设定为每5年审查一次。所有参与国家都投票：撤回，重新批准或审查。下一次更新的时间在2021年。
ISO/TS 15066中提到协作机器人使用以下四个安全措施之一：
▶安全等级受监控的停止。这类似于传统工业机器人使用的方法。当工人想进入机器人的工作空间时，工作停止。
▶手工指导。 机器人只能在操作员的控制下移动。
▶速度和分离监控。 当工作人员接近时，机器人会自动降低其速度，直至机器人将要被触摸时停止。
▶功率和力限制。 机器人在可携带的有效载荷以及如果意外撞到人身上会施加的力量受到限制。 功率/力限制的机器人往往设计成具有圆滑的边缘和较柔软的表面，降低了发生接触时受伤的风险。
在ISO/TS15066中，从第4章开始，是实际内容。ISO/TS15066中的重要文字，
应(Shall)： “应”表示已定义需求。仅当使用“应该”一词时，才存在要求。
“不得(Shall not)”表示您必须不做某事。如果未使用“应”一词，则仅是提供信息的文本。
标准中通常不接受使用“必须”和“允许”的句子，因为这看起来像是一个要求，而实际上并不是必需。
应该并且可以 (Shoud and can)：这些话仅供参考。您可以选择使用“可以”和“应该”来做声明的事情，但不必这样做。您可以声明自己完全遵守标准，即使您忽略所有使用“应该”一词的句子
规范性与信息性(Normative vs. informative)：
“规范”文本是包含要求的，信息性姿语仅是自愿指导。
ISO/TS 15066附件A中力参考。
附件A基于不同类型的研究：
压力–对人的疼痛感的科学研究；力–仅研究。乘数/因数2。ISO/ TC 299 / WG 3委员会的成员进行了一些计算。前两列用于准静态触点（如夹），后两列用于瞬态触点（如动态冲击）。
疼通值选取人不同身上的部位作为参考。疼痛阈值极限值是从将柱塞推入人体的一个装置辅助测量得出的。测试时，当该人确定自己现在感觉像疼痛时，按下按钮。
ISO / TS 15066作为技术参考的一个规范，并不是强制性的。到目前为止，期望遵守规范的机器人公司， 仅仅是自愿使用。自愿使用ISO / TS 15066的指南和要求，按个人理解一般如下：
- ISO / TS 15066描述了4种不同的协作操作，各机器人公司自愿选择遵守其中一种或者几种。
-在参考ISO10218标准时，ISO / TS 15066包含的内容更丰富。机器人公司和集成商最好查看ISO / TS 15066，但这不是必需的。
- ISO / TS 15066非常适合作为风险评估的参考，但是ISO / TS 15066并没有说明检查风险评估的方法。
- ISO / TS 15066给出了接触面积及在静态和暂态下的压力参考，但是疼通值对不同的人接受程度不同。同样接触面积女士的疼痛感可能比男士更强烈，所以力和接触面积实际不能代表普遍意义。
- ISO / TS 15066附件A仅作为信息参考。这意味着，集成商可以使用TS的正文，而不使用附件A，并且仍然合法声明完全符合ISO / TS 15066。
-集成商可以查看附件A中的疼痛极限值，并尝试找到一种方法来遵循这些极限值，如果他希望消除接触会导致疼痛的情况，这种更加符合要求。
机器人的安全问题一直在有WG3工业安全第三组讨论和改进，2020年的会议计划参考下面：
2020-02-03--07美国佛罗里达州奥兰多
2020-05-06--08和05-11--14瑞典斯德哥尔摩
2020-09-14--18韩国首尔