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GB／T 39402-2020 面向人机协作的工业机器人设计规范.pdf

表1电磁兼容（EMC)检查项目

机器人电气设备的设计及制造应符合GB/T5226.1一2019的相关要求。 机器人有可能与操作者在进行协同操作时发生直接物理接触的裸露部分，电气参数应设置在人体 可接受的安全电压范围内，电压不应高于36V

机器人在与操作者进行协同操作时有可能发生直接的物理接触，机器人应具备防护性能，以保证机 器人本身控制系统的可靠性与安全性。与人发生物理操作时GB/T 1927.9-2021 无疵小试样木材物理力学性质试验方法 第9部分：抗弯强度测定，任何情况下均不能伤害操作者。机器人 应至少满足以下条件： 一机器人IP防护等级达到IP42或以上； 机器人具备防静电安全设计； 机器人具备防意外触电安全设计

安装、吊装、壁装及其他特定安装方 能正常工作，并保证机器人 功能的安全性

与机器八的办同工作，因此，机器八各大 节的机械连接方式应考虑人的身体部位不会被机器人夹伤或挤压。 机器人与人及工作单元内周边设备在协同工作时，直接发生接触的部分不应有锋利的边缘、突起的 凌角等易产生危险的机械结构， 在人机协同工作时，对于机器人与人或设备能发生直接接触的机械结构，应充分考虑降低发生物理 接触时的伤害，应至少采用以下一种设计方式： a）增加接触表面积： 1）圆边与圆角； 2）平滑表面：

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3）兼容性的表面。 b 吸收能量，延长能量传递时间，降低冲击力： 1）缓冲衬垫； 2）可变形的组件； 3）兼容性的关节与连杆。 c 限制运动质量。 d）设计可变刚度的驱动关节。 机器人各关节的机械连接方式，应充分考虑不增加额外的风险。各关节的机械连接机构应采用平 骨过渡的机结构设计，不应使机器人外观结构上有直接的突出部分。 因机器人机械机构设计而导致人体部位可能被夹住或锁死的，应在机器人有该风险部位增加明显 风险标识，并在用户使用手册上明确指出

设计机器人刹车方案时，应确保机器人在无驱动源（例如断电）状态下刹车处于抱闸锁死状态，并在 王意姿态下都不会由于自身重力而发生非人为操作的移动。 在紧急情况或异常情况下，去除机器人驱动源（例如断电），机器人各关节应仍能在人为干预下运 动，确保在意外夹到操作员等紧急异常情况下，可人为移开机器人，解除紧急情况或异常情况。此方式 下，机器人刹车设备应确保机器人在无驱动源状态下，各关节能够在一个成年人的外力作用下移动。解 除紧急情况或异常情况的操作应易于接近、易于操作，且具备防误操作设计。在用户信息手册上应明确 指出这种操作的说明，且应有培训人员应对紧急或异常情况的建议。 用户信息手册上应包含对重力或释放刹车装置可导致的额外危险的警告。只要可行，警告标识应 贴于解除紧急情况或异常情况装置的附近

面向人机协作工业机器人的人机交互界面设计应考虑提升人机交互的易用性、直观性以及安全性

机器人示教界面应显示机器人实时状态参数，包括在选定坐标系下的姿态及位置参数。示教界面 应提供不同坐标系选项，用户可据此选择在不同的坐标系下来示教机器人。机器人的姿态及位置参数 应依据用户选择的不同坐标系而改变。 机器人示教界面应提供示教时机器人运动速度控制选项，用户可在示教状态下实时控制机器人在 安全速度下运行。 机器人示教界面应提供机器人仿真界面选项。进入仿真界面后，真实机器人在任何情况下均不能 发生运动。仿真界面下，用户对机器人的所有运动控制均由仿真机器人体现 示教界面应提供直观形象的机器人关节控制、末端位置控制、末端姿态控制显示

面向人机协作的工业机器人的编程方式应具备模块化、任务级、简单易用等特性，确保人 可靠交互性。编程界面应至少提供以下编程方式中的一种： 一采用树状编程结构，控制流程清晰显示在操作界面上，确保用户可快速排查控制逻辑 采用任务级编程方式，将常用固定的运动控制指令集合为一个任务模块，用户可直接

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采用可视化编程方式，用户可依据单个编程指令操作机器人运动到相应位姿，实时观察机器人 状态。 机器人运行工程文件的编写应具备可实时修改、调试方便等功能，降低用户使用门槛。应至少包含 下几种功能： 工程文件可进行新建、保存、打开文件及进行缺省配置； 工程文件可进行启动、暂停、继续、停止和单步操作； 编辑工程文件时，可进行撤销、恢复、剪切、复制、粘贴、删除操作； 编辑工程文件时，可使用常用简单编程指令来编写程序； 可设置及调用变量； 提供脚本文件导人功能； 提供协作编程选项，例如手动引导、轨迹示教（机械臂可自动学习用户示教轨迹及以往的运行 轨迹）等功能。

采用可视化编程方式，用户可依据单个编程指令操作机器人运动到相应位姿，实时观察机器人 状态。 机器人运行工程文件的编写应具备可实时修改、调试方便等功能，降低用户使用门槛。应至少包含 以下几种功能： 工程文件可进行新建、保存、打开文件及进行缺省配置； 工程文件可进行启动、暂停、继续、停止和单步操作； 编辑工程文件时，可进行撤销、恢复、剪切、复制、粘贴、删除操作； 一编辑工程文件时，可使用常用简单编程指令来编写程序； 可设置及调用变量； 提供脚本文件导入功能； 提供协作编程选项，例如手动引导、轨迹示教（机械臂可自动学习用户示教轨迹及以往的运行 轨迹）等功能。

机器人软件应至少包含以下界面设置、显示及接口功能： 一显示锁屏时间及锁屏密码； 显示机器人日志信息，包括日期、时刻、消息类别、消息描述等信息； 显示机器人控制柜、示教器及各关节电压电源温度状态； 直接在机器人软件界面进行版本升级，并具备版本信息显示功能；能够清晰显示并区分不同 版本； 提供坐标系标定功能，坐标系标定完成后，用户根据不同应用场景对机器人进行示教及编程； 提供工具标定功能，用户可在使用不同工具时进行工具参数切换； 进行外部设备设置，以同其他机器人或外部设备进行通信及控制； 具备离线编程功能，对用户开放离线接口，用户可快速导入第三方离线编程软件数据到控制 系统。

面向人机协作的工业机器人应具备强大、便捷的外部设备融合能力，提升人机协作功能的多样化需 求。用户可在外部设备扩展界面下添加扩展设备，方便集成应用。机器人外部接口应包含但不限于以 下功能： a月 脚本语言扩展库。脚本语言的扩展库应涵盖机器人的所有控制功能，可充分利用脚本语言的 特性，使软件具备更高的扩展性和移植性，并且能够充分地利用脚本语言丰富的库资源，使机 器人软件扩展更加灵活，功能更加丰富 b）通用软件开发包SDK。提供了一套基于标准协议的机器人控制接口，使得用户能够更加便 捷、快速地将机器人集成到自已的项目中。 C） 脚本编辑器软件。为用户提供了一套完整的脚本开发环境，使得用户可在离线的情况下，对机 器人进行编程工作。编程结束后脚本可直接在机器人示教器软件中运行。 d） 机器人控制器插件接口。允许第三方开发者根据自已的需求扩展示教器软件功能，使得软件 具有无限扩展的能力。例如： 1）将机械手爪添加到控制器软件中，可显示在人机交互界面上； 2）将Modbls设备添加到控制器软件中，可显示在人机交互界面上

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3）将智能相机集成到控制器软件中，可显示在人机交互界面上； 4）码垛工艺包等等。 提供机器人操作系统（ROS)接口，使得用户可依托ROS平台上强大的功能包和扩展库，快速 便捷开发机器人应用，

指令装置的状态应在任何时候都清晰显示，如电源开启、操作模式、故障报警等。对于操作者来说， 态指示应放在明显的位置 在远程控制时，每个指令装置应清楚地识别其控制的机器人的部件。远程控制系统的设计和制造 应针对： 机器人的相关部件； 相关功能

无论有意或无意的任何指令装置的连接、断开和重连接，或指令装置发生连接故障时，若继续运 会导致不可接受的风险，则机器人应启动保护性停止 远程控制时，机器人应设计、制造成仅对来自预定控制单元的信号做出反应，

5.5.4接口使用权限管理

即使通过远程访问，也应采取措施以避免未授权的控制或参数改变。根据风险评估，应提供避免非 授权使用的方法（例如密码保护）。例如使用钥匙或加密狗装置以避免非预定的机器人启动或运动，制 造商应设置不同用户的不同访问权限

应依据GB/T36008—2018以及GB11291.1一2011中有关协同操作的原则来设计机器人协

5.6.2 安全监控停正

安全监控停止特性使机器人停止运动，以允许操作员在协作工作空间中和机器人直接交互并完成 任务（例如给终端执行器加装零件）。如果协作工作空间里没有人，机器人可自主地操作。若该安全监 停止功能激活，机器人应停止运动，此时协作人员才可进入协作工作空间。只有在操作者离开协作工 作空间以后，机器人系统才可无干预地自行恢复。 机器人在进人、退出安全监控停止状态时，应对操作者发出明显的状态指示，机器人应依据 GB11291.1一2011的5.5.3配置保护性停止功能

在该协同操作方法中，操作者可使用手动设备向机器人系统发送运动指令或者直接手动拖动机器 人进行协同操作。在操作者被充许进入协作工作空间控制手动引导任务之前，机器人应处在安全监控 亭止状态。操作者应手动激活机器人手动引导协同操作功能，以完成任务。 触发机器人进人、退出手动引导状态的装置应为三位置使能设备，三位置使能设备应满足 GB11291.1—2011的5.8.3要求

待手动引导二位置使能设备，可在紧急或异常情况下 立即按紧或松开三位置使能设备，停止机器人的运动。同时，操作者应可随时快速触发机器人急停装 置，机器人急停装置应符合GB/T16754一2008的要求。 机器人在手动引导下的降速速度应依据风险评估来确定，但末端TCP速度不能超过250mm/s（见 GB11291.2—2013的5.6.4.2)。 如果超过了该降速速度，机器人应立即进人保护性停止状态。 机器人在进人、退出手动引导协同操作状态时，应对操作者发出明显的状态指示

5.6.4速度与分离监控

在该协同操作方法中，机器人系统与操作者可能在协作工作空间中并行移动。操作者与机器人之 同应随时维持一个保护性间距，以降低风险。机器人在运动期间，距离操作者的距离不应近于该保护性 间距。当间距小于保护性间距时，机器人系统停止。当操作者远离机器人时，维持保护性间距的机器人 系统可自行恢复。当机器人系统减速时，保护性间距也相应减小。 速度与分离监控作用于协作工作空间内所有人。如果保护性措施的性能被协作空间内的人数阳 制，那么最大人数应在使用信息中列出。如果超出了该最大数目，将产生保护性停止。 如果机器人危险部件与操作者之间的间距小于保护性间距，机器人系统应： a）启动保护性停止； b）启动连接到机器人的安全适用功能（依据GB11291.2一2013的5.11.2），关闭所有危险工具 机器人控制系统可避免干涉保护性间距，有如下可能，包含但不限于： a）减速，接下来可切换到安全监控停止状态； b）绕行，执行不十涉保护性间距的另一个路径，继续激活速度与分离监控， 当实际间距满足或超过保护性间距时，机器人运动可恢复

5.6.5 功率与力限制

在该协同操作方法中，机器人系统（含工件）与操作者的物理接触可预计产生或未预计产生。功率 与力限制的协作操作要求机器人系统是为这种特殊操作专门进行设计的。风险降低既可通过机器人固 有的安全措施，也可通过安全相关的控制系统来完成。 机器人在与人或设备发生非预期物理接触后，且物理接触力或功率超过设计的限制值时，机器人 应立即进人安全监控停止状态或保护性停止（停止类型0，依据GB/T5226.1一2019）并保持，或机器人 应立即向发生物理接触的反方向运动一段距离，远离操作者或设备后，立即进人安全监控停止状态或保 护性停止（停机类型0，依据GB/T5226.1一2019）并保持停止状态。机器人向反方向的运动距离应依 据风险评估来设定，在任何时候不能导致与操作者或设备发生二次非预期物理接触。 当机器人在进人停止状态后，只有在人为干预下才能使机器人退出当前停止状态。机器人在进人、 退出由功率与力限制功能触发的停止状态时，应对操作者发出明显的状态指示 支持协作操作且带有功率和力限制的机器人，可采用配置阅值的方法，例如力、力矩、速度、动量、机 械功率、轴限范围或空间范围来保证操作者与机器人协同工作的安全性。 操作者可依据风险评估结果修改机器人功率或力限制的阈值。修改机器人功率与力的限制的界面 应具备安全访问权限限制功能，只有具备访问权限的操作者才能修改功率或力的阈值。机器人在接收 到修改指令后，应对操作者发出明显的状态指示，确保修改成功

5.7与安全相关的控制系统性能

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活的结果确定一种替代的性能准 起提供的资料中，应清楚地说明该 设备部件所满足的与安全有关的控制系统性能 16855, 2018的要求

当涉及与安全相关的控制系统时，与安全相关的部件应设计成： a）任何部件的单个故障不应导致安全功能的丧失； b）只要合理可行，单个故障应在提出下一项安全功能需求之时或之前被检测出来； c）出现单个故障时，始终具有安全功能，且安全状态应维持到出现的故障已得到解决 d）所有可合理预见的故障应被检测到。这个要求属于GB/T16855.1一2018中所描述的类别3。 注：这个单个故障检测的要求并不意味着所有故障都被发现。因此，未检测到的故障的积累可能导致机器的意外 输出和危险情况。故障检测的可行措施的实例是检查继电器触点的连接运动或监测多余的电气输出。宜做出 合适的故障模式分析，以确认所有可合理预见的故障都得到考虑

5.7.3其他控制系统性能准则

机器人及其预期应用进行综合风险评估的结果，可以用来确定该应用需要的，与安全有关的控制 性能要求，该性能要求不是针对类别3的，而是针对类别2或类别4的。其他性能准则 T16855.1—2018中说明

5.8与安全相关的零部件

5.8.1与安全相关的控制器

与安全相关控制器的设计是机器全部设计过程中的一个完整子过程。在提供的安全功能中，无论 作为本质安全设计的一部分，还是作为安全防护装置或保护装置，与安全相关控制器的设计都是风险减 小策略的一部分。 对于每种安全功能，应在安全要求技术规范中规定和记录其特征和所需的性能等级（PL）。本标准 的性能等级定义为每小时危险失效的概率。5种性能等级（a～e)的规定范围见表2

表2性能等级(PL)

从对机器进行风险评价开始，设计者应确定与安全相关控制器的作用，该作用并不减小受控机器的 所有风险，而是应用特定的安全功能减小一部分风险， 在GB/T20438.1一2017中，有关安全控制系统完成安全功能的能力用安全完整性等级（SIL）给 出。表3给出了两种概念（PL和SIL）的关系。 PLa级与SIL无对应的等级，它主要用于轻微的风险减小，通常与伤害可逆。SIL3对应的PLe级 为最高的等级。

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能等级（PL）与安全完整性等级（SIL）之间的关系

与安全相关的控制器应实时监控机器人的运行状态，在机器人发生故障或其他非安全情况时可触 保护性停止或紧急停止。安全控制器系统应至少满足以下一项： 控制器PL大于或等于d(GB/T16855.1一2018)； 控制器SIL大于或等于2（GB/T20438.1一2017）； 控制器系统构架采用双通道安全余设计，至少具备两个或以上主控芯片，单一故障不会导致 安全功能的丧失； 控制器系统架构采用多通道安全穴余设计，选用SIL大于或等于2或PL大于或等于d的安 全芯片作为主控芯片

编码器系统作为实施感知机器人位姿信息的传感系统，应具备高安全性系统设计，确保在编码器发 主单一故障时不会导致机器人安全功能丧失。机器人编码器系统应至少满足以下一项 一针对机器人每个关节的位置和姿态信息的感知，至少具备两个编码器； 编码器系统SIL大于或等于2； 编码器系统PL大于或等于d。 编码器系统应至少包含编码器、编码器数据处理器、编码器数据传输器

5.9.1机器人停止功能

每台机器人都应有保护性停止功能和独立的急停功能。该功能应具有与外部保护装置连接的 措施。 应依据GB/T36008—2018以及GB11291.1—2011中有关停止功能的原则来设计机器人停止 功能。

5.9.2速度限制功能

机器人应具备速度限制功能，用户可通过人机交互界面设置未端工具中心点（TCP)或关节最天运 动速度。在触发机器人速度限制功能后，机器人的运行参数（TCP速度、关节速度等）应限制在设置值 内，确保人机协作安全性。 机器人应开放速度限制功能触发接口，用户可通过此接口触发机器人进入速度限制运动模式。此 接口应至少满足以下条件之一

接口采用双通道或多通道安 故障时不会丧失安全功能： 接口采用标准的安全通信协议 安全协议下发到接口

5.9.3轴及空间的安全软限制

机器人应具备轴及空间的安全软限制功能，用户可通过人机交互界面对单轴的运动进行限制。用 占可限制轴的运行速度或运动范围。 使用软限制的控制系统应符合5.7的要求。如果超出了安全软限制范围，应激活保护性停止。 安全软限制应设置为一个系统没有上电时不能改变的稳定状态，且不应动态地变更。改变安全软 限制的权利应受密码保护并是安全的。一旦设置，安全软限制应在系统上电后一直处于激活状态。 应依据GB/T36008—2018以及GB11291.1—2011中有关轴及空间限位的原则来设计机器人轴 及空间限位

5.9.4静态碰撞保护

机器人应具备静态碰撞保护功能。机器人在有源（带电）静止状态下，当操作人员或其他物体与机 器人发生碰撞且碰撞力超过安全阀值时，机器人应沿碰撞力的方向做被动移动，以保证操作人员或其他 物体与机器人发生非预期碰撞时，减少对人员、其他物体以及机器人的伤害。 应依据GB/T36008一2018以及GB11291.1一2011中有关风险评估结果来设计机器人静态碰撞 保护功能。

经过奇异点的运动会产生很高的轴转速。这些高速度可能是非预定的且会导致对用户、机器人和 在场人员的风险。 机器人经过奇异点的运动QC/T 1137-2020 汽车包边玻璃，应采取以下措施： a）经过奇异点的TCP速度不高于250mm/s； b） 机器人避开奇异点，例如通过调整路径规划实现： c）在机器人通过奇异点时停止机器人运动并发出警告，或在协作运动期间进行回避

使用信息应符合GB/T36008一2018以及GB11291.1一2011的规定，制造商应提供标志（例如标 记、符号）和使用说明材料（例如操作、维护手册）。 使用信息包括机器人的正确使用信息。使用信息应不仅针对用户，也针对维护人员。 使用说明和本标准要求的文本，应用机器人销售地国家的官方语言书写。 标识、符号和书面警告应明确易懂，尤其关于机器人功能的内容。5易懂的记号（象形图）的使用优先 于书面警告。

机器人系统制造商或集成者应按照第4章和第5章所述原则和要求，提供对机器人系统设计与构 的验证和确认。 应复查风险评估，评价是否所有合理可预见的危险均被确定，是否采取了纠正措施。 注：由于附录A中所确定的所有危险并非都适用于每个机器人系统，与给定危害相关的风险等级在不同的机器人

机器人系统制造商或集成者应按照第4章和第5章所述原则和要求，提供对机器人系统设计与 验证和确认 应复查风险评估，评价是否所有合理可预见的危险均被确定，是否采取了纠正措施。 注：由于附录A中所确定的所有危险并非都适用于每个机器人系统，与给定危害相关的风险等级在不同的机器

统中是不同的，而特定的机器人系统应用中含有附录A中没有确定的危险。宜进行风险评估，以便为给定的 九器人系统确定适当的保护措施

机器人系统确定适当的保护措施

机器人的安全验证与确认方法如表4所示GB/T 25217.9-2020 冲击地压测定、监测与防治方法 第9部分：煤层注水防治方法，但不限于表4。

表4验证与确认方法表

表A.1给出J专用性能要 证或确认的机器人系统安全至 应使用适当的方法评估这 分满足要求