安全管理論文關(guān)于工業(yè)機器人的事故分析及其對策

1、此資料由網(wǎng)絡(luò)收集而來，如有侵權(quán)請告知上傳者立即刪除。資料共分享，我們負責傳遞知識。安全管理論文關(guān)于工業(yè)機器人的事故分析及其對策摘要：工業(yè)機器人是高科技機電產(chǎn)品，在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應用，可以代替人們從事繁重的、危險性的工作，但由于工業(yè)機器人故障所造成的人身傷害事故也時有發(fā)生。從工業(yè)機器人的可靠性、工業(yè)機器人事故案例、能量類型分類等多角度對工業(yè)機器人事故進行了分析，從故障樹分析法、基本安全性原則、工業(yè)安全技術(shù)等幾方面提出了相應的對策。關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人事故安全分析對策1 引言工業(yè)機器人被廣泛地應用于制造業(yè)等諸多部門，它可以代替人們在具有危險性的場所從事繁重的工作。工業(yè)機器人在將人們從繁重的危險性勞動中

2、解放出來的同時，也存在產(chǎn)生危險的因素，由于工業(yè)機器人故障所造成的人身傷害事故時有發(fā)生。工業(yè)機器人是由一個復雜的機電系統(tǒng)組成的，這個系統(tǒng)包括傳感器、控制器、工作制造部件、輸送部件等。人要對工業(yè)機器人進行安裝、編程、維修，還有可能靠近機器人進行操作，因此，人也將參與到機器人的工作系統(tǒng)中去，當人靠近工業(yè)機器人時就可能出現(xiàn)安全問題1。機器人的自由度比其他普通機械大得多，它的工作制造部件可以在較大空間內(nèi)運行，具有高速運動的大功率手臂和復雜自主的動作，若機器人發(fā)生故障可能造成更為嚴重的危害。所以，有必要對工業(yè)機器人的有關(guān)事故情況進行分析，并研究相應對策。2 工業(yè)機器人安全性概況2.1 工業(yè)機器人的可靠性分

3、析鑒于工業(yè)安全問題的重要性，世界上有許多國家（如日本、美國、英國、德國、瑞典等）從上世紀80年代開始就注意對工業(yè)機器人的事故進行記錄，并進行統(tǒng)計和分析，為工業(yè)機器人的安全性、可靠性研究奠定了基礎(chǔ)。日本某公司對工業(yè)機器人發(fā)生事故的類別進行了調(diào)查統(tǒng)計，其中控制裝置的故障占66.9%，機器人裝置上的工作部件，如焊槍等工具的故障占18.5%，工作場所噪聲信號的干擾引起的機器人失控占11.1%，其他原因的故障占3.5%。表1 為機器人的平均無故障時間（mtbf）的統(tǒng)計?？梢钥闯觯跈C器人工作不到100h的時間內(nèi)，其平均無故障率只有28.70%，工作100h以上，其平均無故障率明顯下降。假如生產(chǎn)流水線上，

4、機器人平均每天工作按20h 計算，則在一周左右的時間內(nèi)，機器人極有可能發(fā)生故障。從上述統(tǒng)計分析可知，機器人的控制裝置、工作部件以及工作場所噪聲信號的干擾等易使機器人發(fā)生故障，而且機器人故障的發(fā)生也很頻繁。因此，機器人的可靠性還是很有限的，應當引起人們足夠的重視，充分考慮各項安全措施。 2.2 工業(yè)機器人的事故分析以下是日本機器人協(xié)會（1234）提供的0 個典型的工業(yè)機器人事故案例2：（1）1 名工人的手指被正在做正常上下運動的機器人夾在工件與切割夾具之間；（2）機器人在進行正常操作時，當它把薄鋼板傳遞到工人手中時割破了工人的手指；（3）在進行正常操作的機器人的手臂撞在工人身上，將工人撞傷；（4

5、）在進行人工操作時機器人手臂不符合指令要求，正當操作人員要進行調(diào)整時，頭部被機器人劃破。表2 為機器人事故原因的調(diào)查統(tǒng)計分析。表2 機器人事故原因統(tǒng)計分析由上述事故案例和事故原因的調(diào)查統(tǒng)計分析，可以得出以下結(jié)論：（1）在人工操作機器人時，機器人造成危險的可能性很大；（2）在機器人造成的危險中，歸因于設(shè)備自身誤動作的有一半之多；（3）由機器人自身錯誤所引起的和由人為失誤所引起的事故發(fā)生率幾乎相等；（4）機器人作為自動化設(shè)備在其正常操作條件下，發(fā)生事故次數(shù)占總事故次數(shù)的比重很大，可達22.4%-66.4%；（5）機器人的設(shè)計和生產(chǎn)不能保證使用機器人時絕對安全或絕對不發(fā)生故障，安全使用機器人還取決于

6、使用者的技術(shù)水平和保養(yǎng)及維修等諸多因素。3 工業(yè)機器人的安全對策分析3.1 故障樹分析法（fta）故障樹分析法（fta）是被廣泛使用的演繹分析工具，可以用清晰的結(jié)構(gòu)層次展現(xiàn)故障的發(fā)生原因、情形。在人機器人工作環(huán)境中，所有潛在的危險都是由于不安全條件和不安全行為所致，可用故障樹分析（fta）方法對危險的原因結(jié)果邏輯關(guān)系作演繹分析。由于機器人的使用方式和操作對象不同，完成的工作以及使用的工具都不盡相同，涉及的能量形式也不同，因此，在進行故障分析時應全面考慮，對上述各種不同點都要有對應的安全措施。以下是對機器人誤動作造成的人身傷害事故的原因進行歸納整理，做出的故障樹（見圖1）。通過fta對人機器人環(huán)

7、境中潛在事故危險的分析研究發(fā)現(xiàn)，可采取以下幾點措施來有效地減少危險：（1）減少異常能量的轉(zhuǎn)換。如圖中的x1、x2、x3、x9等。要提高機器人硬件的可靠性，例如改進控制板的設(shè)計，采取標準化措施，有完全可靠的緊急停車方法，避免機器人失控。同時還應盡量避免操作人員在機器人的危險區(qū)內(nèi)工作。（2）使異常能量最小化。如圖中的x2、x3、x8等。用降低機器人運動速度的辦法來減少，例如編程操作人員必須接近機器人的危險時，應密切注意負載情況。一旦發(fā)現(xiàn)負載的重量、尺寸和形狀超過極限，就要立即停車檢查；還要研究負載的運動，以減少錯誤操作和機器人的誤動作。（3）優(yōu)化防護措施。如圖中的x4、x5、x8等。在使用機器人時

8、應該采取各種預防事故的措施，如安裝防護欄、安全閘，用傳感器監(jiān)控，用檢測器檢測等。在有機器人的全自動裝配線等大型自動化系統(tǒng)中，還應更多地從工藝過程角度出發(fā)，制訂更全面、合理的安全措施。  圖1 機器人誤動作故障樹2（4）完善機器人控制措施。如圖中的x6、x7、x9、x10等。工業(yè)自動化與安全措施是相輔相成、共同發(fā)展的。因此，要使工人充分認識到機器人存在的危險性，并遠離機器人危險區(qū)，要對操作員、程序員、維修工程師進行全面的安全技術(shù)教育與培訓。  3.2 工業(yè)機器人系統(tǒng)的危險性評價與安全性評價（1）危險性評價：在技術(shù)上采取安全對策時，必須在適當?shù)闹笜说幕A(chǔ)上進行。假設(shè)因機器人產(chǎn)生

9、了某種事故，其事故帶來的危險性可由下式表示：危險性失敗的頻度（類型1）× 危險側(cè)遷移率（類型2）× 傷害強度（類型3）2。式中所指的失敗（類型1）可分為：不經(jīng)修理就不可恢復正常狀態(tài)的硬件故障；消除外部原因（如電磁噪音干擾）就能恢復正常狀態(tài)；由于操作錯誤或因不安全行為所產(chǎn)生的人為故障等。為了減少失敗，必須對機器人系統(tǒng)進行高可靠性設(shè)計。所謂危險側(cè)遷移率（類型3）是指出現(xiàn)了故障（失敗）以后所產(chǎn)生的危險，對人而言，人就成了危險的一側(cè)，危險一側(cè)所占的危險比例，就是危險側(cè)遷移率。即不管出現(xiàn)什么故障（失?。┒家_保人身的安全，只能側(cè)重這一方面。因此就必須在機器人的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計方面多想方法

10、，例如聯(lián)鎖裝置和故障自動排除裝置等均很有效。所謂傷害強度（類型），是指隨著機器人往大型、高速方面發(fā)展的過程中給予人的傷害危險的潛在能量越來越大，這就是傷害強度。這里，重要的是要減少在使用機器人時對人構(gòu)成的危險性，也就是說要極力降低類型1和類型2的發(fā)生概率，使危險側(cè)遷移率變小。在系統(tǒng)設(shè)計階段，要盡量抑制對人產(chǎn)生威脅的機器人所產(chǎn)生的力或運動，這樣才有可能從根本上保證人身安全。（2）安全性評價：它闡明造成人體實質(zhì)損害危險發(fā)生的機理，評估安全性對策的效果和系統(tǒng)中的剩余風險。需要指出的是，對于只有較小數(shù)據(jù)的較新型的系統(tǒng)，是通過系統(tǒng)化預測或演繹來進行評價的，包含以下3個基本步驟：識別系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的危險；

11、及時分析危險發(fā)生的機理并研究安全性對策；#評價剩余風險3。3.3 基本原則性的安全對策針對工業(yè)機器人的特殊性，以下一些安全對策是不可缺少的：（1）盡量減少危險部位。采用機器人組成自動化系統(tǒng)時，由于機器人的動作范圍大，與其他機械設(shè)備銜接的地方很多，因而對人構(gòu)成威脅的危險部位比一般的機械設(shè)備要多，所以在考慮系統(tǒng)布局時，應盡量減少這些危險部位。例如，在機器人有伸縮、擺動、俯仰、夾緊與放開等動作的部位放置擋塊等制動器，或適當降低機器人的輸出功率和運動速度，以減少對人的危險。（2）將人與機器人的危險部位進行隔防。在機器人自動運行時，原則上應用欄桿圍障或罩子把人與機器人隔離，人只能在欄桿等屏障外操縱機器人

12、。這些方法符合人機工程學的一般原則，結(jié)構(gòu)也簡單。但若需對機器人進行示教或維修又必須進入隔離區(qū)時，則需另外采取相應的防護與監(jiān)視措施。（3）附加安全裝置。附加安全裝置應具有自我診斷的功能，而且這些裝置對故障或異?，F(xiàn)象的信號處理都與機器人的運動無關(guān)，是一些保護人身安全的有用裝置。（4）故障自動保護。一是必須具有通過伺服系統(tǒng)對機器人的誤動作進行監(jiān)視的功能，如有異常動作應自動切斷電源；二是必須具有當人誤入危險區(qū)時，能立即測知并自動停機的故障自動檢測系統(tǒng)。具體措施有：安裝警示燈，監(jiān)視器，防越程裝置，緊急停止裝置等。這些基本原則性的安全對策應逐步具體化、規(guī)范化乃至立法化，世界上許多工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)開始實施，如美國國家標準工業(yè)機器人系統(tǒng)安全標準ansi/riar15.061986和日本的工業(yè)機器人安全規(guī)則（jisb84331986）等3。4 結(jié)語工業(yè)機器人的廣泛應用促進了它的設(shè)計水平和制造水平的提高。智能機器人的研制在現(xiàn)階段飛速發(fā)展，它能完成的技術(shù)操作是人工無法相比的。因此，隨著機器人的普及和復雜化，人機器人工作環(huán)境中的安全問題就顯得尤為突出。機器人系統(tǒng)在現(xiàn)階段可靠性不高，事故時有發(fā)生。為此，不僅要解決在設(shè)計階段的技術(shù)難點，也要研究從使用現(xiàn)場，事故分析中反饋回來的信息，以便及時提出相應的對策。只有發(fā)展到機器人本身能夠檢測到人的接近