移動機器人安全標準

作者:

羅書硯

刊登日期:2022/07/29

摘要:本文闡述固定式機器人與移動式機器人安全考量的不同之處,並簡短介紹目前已發布有關移動機器人(mobile robot)之安全標準以及各標準之間的適用範圍與編撰架構的不同。
Abstract:This article describes the different safety concerns between fixed robots and mobile robots. Several safety standards for mobile robots that have been published so far will be introduced and the differences in the scope of application and layout between the standards will be compared.

關鍵詞:安全標準、移動機器人、無人搬運車
Keywords:Safety standards, Mobile robot, Automated guided vehicle (AGV)

前言
過去十年來關於移動機器人(Mobile Robot)的應用迅速增加,但並沒有針對移動機器人制定的相關安全標準可供製造商或系統整合商參考,而近年因應市場強勁的需求,已有ISO 3691-4:2020、ANSI/RIA R15.08-1-2020、SEMI S-17,以及目前由工研院與台灣數家相關業者組成的自主移動機器人聯盟(AMRA)制定進行中,預計於2022年7月公告AMRA-220等安全標準。
機器安全標準
機器在應用的過程中,從設計、製造、組裝、操作、保養、棄置等環節都可能有其相對應的潛在危害,而安全標準的制定目的為有效地減少產生這些危害的機率或減輕可能會造成的傷害。目前在ISO架構上機器安全標準分為Type-A、Type-B、Type-C三種類別[1]:
Type-A安全標準(basic safety standards):適用於所有機器的安全基本概念、設計原理與通用要求的標準。
Type-B安全標準(generic safety standards):處理某一面向的安全議題或安全防護措施,可應用於廣泛機器類別的標準,此類又細分成Type-B1與Type-B2兩種:
• Type-B1標準主要為特定安全議題,例如安全距離、表面溫度、噪音等。
• Type-B2標準主要為安全防護措施,例如雙手控制(two-hand controls)、聯鎖裝置(interlocking devices)、壓力感測器、防護裝置(guards)等。
Type-C安全標準(machine safety standards):針對特定類型或特定應用機器的標準。此類安全標準也被稱為產品標準,內容制定了對於某類產品非常詳細的安全要求,基本上也包含了Type-A與Type-B對於該產品的所有安全要求。
ISO 3691-4:2020、ANSI/RIA R15.08-1-2020、SEMI S-17和AMRA-220皆屬於Type-C的安全標準,此類安全標準的出現通常表示該產品正進入成熟發展的階段,而且即將迎來更大規模的市場應用。
過去的機器人安全標準有很大部份是利用防護欄將人與固定式機器分開,讓人遠離機器而達到保護人員安全的目的。約莫二十年前因技術的進展開始有了人與機器協作的概念,而近十年更進展到人與移動機器人協作的情境。移動機器人最大的不同是它們不會只待在防護欄內,而會在應用場域內到處遊蕩,與人的直接或間接互動比固定式機器更多,且帶來的潛在危險也會隨之移動,甚至涉及到對其他機器設備或資產(property)所帶來的危害,所以移動機器人的安全標準考量也需更全面也更複雜。
ISO3691-4:2020[2]
此標準規範了無人駕駛工業型卡車(driverless industrial trucks)及其系統的安全要求及驗證方法。在第1章適用範圍(scope)中,此標準指出這裡的無人駕駛工業型卡車亦可以是自動導引車(Automated Guided Vehicle, AGV)、自主移動機器人(Autonomous Mobile Robot, AMR)、機器人(bots)、自動導引車(Automated Guided Cart)、隧道拖車(tunnel tugger)等。
此標準前3章分別為適用範圍、引用標準、用語及定義;第4章是安全要求、保護性措施與風險降低措施相關規範,內容條列不同面向的基本要求,如:使用環境規範、電氣安全設計與相關裝置規範、機構安全設計與保護原則等;另外並規範有關煞車系統、速度控制、人員偵測、控制模式(automatic mode, manual mode, maintenance mode) 等安全設計原則;第5章為安全措施之驗證方法,第6章為使用資訊的相關規範。
ANSI/RIA R15.08-1-2020[3]
此標準主要規範關於工業型移動機器人(Industrial Mobile Robots, IMRs)的安全要求。工業型在這裡定義的是從事產品製造、相關流程或限制場域 (如:工廠、實驗室、製藥、倉儲、物流等)內所使用的機器人皆可稱之。此標準特別排除可搭載人員的車輛、叉車或其他非工業型 (如:家用、醫療手術、復健等)的機器人。
在ANSI/RIA R15.08-1裡將工業型移動機器人分成三種類型:
• IMR Type A:沒有其他配件,只有移動平台的自主移動機器人(AMR);此類型為只有移動和導航能力的工業型機器人。
• IMR Type B:具有被動或主動式配件,且前述配件非為機械手臂(manipulator)的自主移動機器人(AMR);此類泛指除了具有移動和導航能力,還具有其他功能(但無機械手臂)的工業型機器人。
• IMR Type C:配有機械手臂的自主移動機器人(AMR)或自動導引車(AGV);亦可稱為移動式機械手臂(mobile robotic arm)。
此標準前3章分別為適用範圍、引用標準、用語及定義;第4章為危害辨識與風險評估,內容規範製造商需辨識機器人在操作、移動、執行任務等過程所可能造成的危害,並評估這些危害的風險等級,並指出消除或減輕這些危害的原則;第5章分為通用安全要求、三種類型IMR的特定安全要求等章節,各章節再針對不同面向,如:操作模式、可攜式控制單元、控制功能、停止距離、導航控制、感測裝置、工作空間、安全相關控制零組件、警示裝置、介面、荷重、穩定性與重心做詳細的安全要求規範;第6章為安全措施之驗證方法,第7章為使用資訊的相關規範。
ANSI/RIA R15.08-1 適用範圍排除可搭載人員的車輛、叉車等類型,也排除在軌道上的應用,所以比起ISO 3691-4在內容上更聚焦於工業型移動機器人的應用情境。
SEMI S-17[4]
此標準為針對在半導體及面板製造產業內應用的無人搬運車(Unmanned Transport Vehicle, UTV)的安全規範,無人搬運車包括地面行走車(Floor Traveling Vehicle, FTV)與空中行走車(Overhead Traveling Vehicle, OTV)兩種類型。
此標準前5章分別為目的、適用範圍、規範限制、引用標準、用語及定義;第6至17章分別為通用措施、使用說明書、建築介面、人因相關、地震防護、UTV危害場域防護設計、碰撞保護、緊急操作、手動操作、保養與維護、製造機台自動上下料、貨物保護等規範;第18至20章為危害警示、危害性物質的規範與相關參考文件。
SEMI S-17主要為在半導體及面板製造產業內用於搬運原料、半成品與成品的無人搬運車之安全規範,因為在場域和功能上適用範圍較為侷限,所以這份標準可做為自主移動機器人的部分安全設計參考,並不廣泛適用於移動機器人於其他領域使用的安全規範。

…本文未結束

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