Page 167 - 工业机器人控制技术研究

第五章 工业机器人的安全防护

以工业机器人控制系统的安全监测模块为例，主要包括状态监测、位姿监测、
安全控制执行等部分。工作原理是通过监测机器人轴关节速度、转矩、位姿等信
息来判断机器人的运动状态，并由安全执行模块进行安全等级的划分和指令执行，

从而确保机器人正常运行。软件容错技术指在软件上设计容错策略来增强系统的
鲁棒性和可靠性。容错策略包括系统故障识别与诊断、故障处置和恢复等。在软
件结构设计时，嵌入相应的状态信息输出控制模块。软件运行过程中控制模块将
动态输出必要的状态信息，该信息经故障识别模块处理，再由故障诊断模块判断

系统是否发生故障。常见的故障识别方法有基于心跳检测和检查点检测结合、软
件任务运行状态自检测等。故障处置与恢复模块根据故障类型、发生区域进行故
障处理与恢复。
（二）机器人操作的安全防护

机器人操作安全事故一般是工作人员近距离编程、调试、测试、故障排查时
因操作失误引起。针对该类安全事故，常用的防护手段包括在软件层面限制机器
人运动参数、三段式安全开关、安全等级权限管理、自碰撞检测算法、参数合法
性检查算法等。根据机器人的工况和应用场景，利用软件限制机器人运动空间、

功率、关节速度、关节扭矩、TCP 速度、TCP 力矩、动量等，以实现机器人安
全运行。例如，设定机器人的允许工作空间来约束机器人运动范围，当操作人员
编程失误或操作不当而发出错误指令时，机器人控制器可依据空间限制参数提前
报警或停止运行。而设置机器人的允许功率、速度、扭矩、动量等参数，能够将

机器人限定在相对安全的状态下，减少因操作不当造成机器人对外界的损害。三
段式安全开关为机器人使能信号之一，用力握紧或释放开关均会切断机器人伺服
电源。操作人员一直轻握三段式安全开关，机器人才能被正常操作。若突发异常
情况，操作员因紧张而释放或紧握三段式安全开关，都会切断机器人伺服电源，

从而起到一定的安全防护作用。安全等级权限管理指根据操作内容的安全级别和
专业程度设定不同的操作权限。如普通用户权限仅能使用机器人基础功能，工程
权限可编写、调试程序等，管理员权限则可最大限度操控机器人功能及系统参数。
自碰撞检查算法和参数合法性检查算法利用软件算法对用户输入或调试的参数进

行在线检测，以提前识别出错误、避免机器人异常运行。
（三）人机干涉碰撞的安全防护
大部分机器人安全事故是由于人员非法闯入机器人工作空间导致，因此防止

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