从内到外，自适应机器人安全性大揭秘！
2021年，非夕的自适应机械臂拂晓Rizon 4成为了全球首台同时获得CE&ETL双认证的七轴力控型机器人。拂晓具备七自由度、且每个关节均配备扭矩传感器和分布式力伺服硬件，其本体复杂程度之高超出行业中常见的工业机器人，能获得双安全认证是一个十分难得的成果。
造一个机器人要考虑的安全因素有哪些？在准备的过程中又会碰到什么难题？怎样在保证安全的同时又能实现良好的力控性能？这篇文章将为你呈现自适应机器人安全设计、认证和生产的一些切面，告诉你非夕团队如何为全栈式创新的软硬件机器人产品奠下名为"安全"的基石。
安全指令、标准和认证：
行之有效的系统性规范
在工业机器人领域，存在着多个安全相关的指令和标准。
“指令”（Directive）指的是各国家或地区对于产品安全性的法律规定；而“标准”（Standard）则是指导性的文件，满足标准意味着该项产品符合相应国家或地区的具体技术要求和规范，能够在当地进行合法销售和使用。在此之上，机器人产品要能取得如CE证书之类的合规性标志，才能够证明自身的安全可靠性得到了认可。
非夕的自适应机器人产品目前满足的重要指令和标准包括：
一个合格的机器人产品想要摸到安全认证的门槛，就需要在从设计、开发、测试、验证、到生产的全产品生命周期里，都能满足相关的标准和指令。
例如，在机器人领域最被关注的功能安全方面，非夕自概念阶段起，就在功能安全计划、安全需求规格、架构设计、详细设计、单元验证和集成验证等各个阶段明确产品设计的要求，并不断调整来确保机器人的软硬件模块、子系统及整机产品的设计都能符合要求。在最终进行的功能安全评估中，拂晓和玄晖系列各有20项安全功能达到了EN ISO 13849的PLd要求。
此外，自适应机器人产品还需要通过包含机械安全、电气安全、材料安全、功能安全、环境可靠性、电磁兼容、射频、碰撞检测、材料环保性在内的数百项考核及测试，并通过了工厂制程及运营管理方面的严格定期审查，才能拿到安全认证。
接下来，我们将着重从机器人的产品可靠性、本质安全性和传感器性能三方面入手，带大家管中窥豹，了解如何打造一个“安全合格”的自适应机器人。
产品可靠性：
用得久、用得稳定、用得广
在作业现场，一台机器人如果突发状况停工一小时，就可能带来几万到几十万的损失。因此一项好的产品不但要具备优良的性能，还需要一直具备好的性能、在各种工作条件下都具备好的性能——这就是可靠性测试的作用。
机器人的可靠性测试中包含多个不同维度的测试。以耐久测试（Endurance Test）为例，这是让产品在承载额定负载的情况下进行规定次数的循环操作、从而验证其“使用寿命”的一种测试方式，是可靠性测试中的“长跑项目”。
在耐久测试中，自适应机器人需要按照要求以最大负载、最大速度、跑最大加速度的正弦轨迹，做到连续不断、不出丝毫差错地跑整整两个星期。这其中，如果出现了任何停止运行，就需要整个测试重新来过。
最终，拂晓和玄晖均顺利通过了满载、满速、满加速度的10万次全关节行程循环耐久测试，用实际运行数据展现了全力作业的它们能“活”多久、有多稳。
非夕团队希望自适应机器人是一款足够通用的产品，能在各种各样的环境中正常工作，为了验证这一点，就需要进行所谓的环境可靠性测试。
在工业上，机械电气系统的环境可靠性有成熟的定义及标准测试流程。比如IP等级（Ingression Protection），指的是电气设备外壳对外物入侵的防护程度，通俗说法就是“防尘防水等级”。机械臂的IP等级一定程度上决定了它能适用的应用范围：防尘等级小于5，基本就与抛光、打磨这种会产生粉尘的应用无缘了；防水等级大于4，才可以部署在食品处理这种可能有水喷溅的地方。
非夕的机械臂达到了IP65的防水防尘等级，能够在各种环境下保持内部“一尘不染” ，被人拿着水枪滋水3分钟，内部依旧保持干燥且能够正常工作。这样的IP等级使得自适应机器人既能够完成灰尘乱飞的打磨、去毛刺任务，也能在湿度很高的水产品加工工厂中连续正常工作。
此外，机器人的可靠性测试还包括温湿度测试、振动测试、冲击测试等等，在多种测试场景中，自适应机器人证明了自己不但能用得久、用得稳，还能用得广。
本质安全性：
能够近距离与人一同工作
除去上文中提到的可靠性测试外，要想拿到合规认证，自适应机器人必须在“与人协同/接触”的安全性上满足要求。受限于当前的技术发展阶段，大部分工厂在进行改造革新时仍会存在大量的人与机器协同工作的场景；同时为了推进机器人在日常生活中发挥作用，就必须保证它们在与人近距离接触时是绝对安全的。
在机器人“安全指南”ISO 10218-1中明确了机器从设计到应用的全生命周期的安全要求，非夕自适应机器人从设计之初就完整符合标准的要求，通过冗余设计、多类型传感器交叉互检等方法，确保系统在单点故障或意外情况下仍能保持安全功能的正常运行。并且在最终安全功能评估结果中，满足了ISO13849-1，性能等级为D的要求。
当机械臂与人协同工作时，发生碰撞是否会对人体造成伤害也非常重要。国际标准ISO 15066定义了四种人机安全协作方式，其中的“功率与力监测”一项规定了当机器人与人产生碰撞时，人体不同部位可承受的最大力或压强。以此为参考，非夕根据应用场景进行风险评估，按照附录A选取人体部位的阈值进行碰撞测试，其模拟与这些部位准静态接触和瞬时接触时产生的力和压强均符合要求。
受益于精密准确的整机力控性能，拂晓是目前唯一可以自主做到末端和肘关节都通过碰撞测试的机器人产品；玄晖也成为全球首款通过EN ISO 13849标准的带碰撞检测Delta机器人。在实际项目中，也有知名客户找到安全检查及评估方SICK对自适应机器人产品进行安全认证，其评估结果达到了主流机械臂的三倍效果。
此外，非夕的自适应机器人具备碰撞检测功能，当检测到外部障碍物以一定的力碰到运动中的机器人时，就会触发报错，机器人立即停止运动，以防止人员受伤或机械臂损坏。
用户可以在操作系统Flexiv Elements中调节碰撞检测的灵敏度，灵敏度越高，触发报错所需的力值越小，以此来应对不同场景、不同应用中对碰撞安全的要求。
心血与努力：
保证安全性不只一朝一夕
为了打造出既具有高级力控性能、又符合行业安全要求的机器人产品，非夕的研发和产品团队在每个关键细节上都投注了大量心血。
比如，仅自研力矩传感器就花费了创始团队近数年的研发时间。从各种材料研究、到不同结构设计的尝试、再到对生产工艺制程的死磕，每一次优化和调整都伴随着大量的测试与验证。仅传感器寿命测试一项，重复的实验就需要持续三到五个月。
又如，为了分析机械臂在高低温测试中某个传感器读数出现的问题，研发团队彻底研究了该传感器的受热情况、关节内各部件的产热情况及散热途径、固件及软件各项参数对元器件产热的影响等等因素，并在这些研究的基础上做了大量设计和制造工艺上的提升，历时半年，将机械臂在产热与散热上的表现优化到了极致。
由于安全认证的过程漫长，非夕早在18年年初就已与认证机构进行沟通，在内部开始进行安全认证相关培训。之后的很长一段时间，团队与认证机构频繁交流，整理大量文档、进行风险评估，在不牺牲性能的前提下不断优化机械臂系统，使其朝着更高的安全性、稳定性进化。
保证安全性不只在一朝一夕。除去研发期间对产品的精心设计和反复打磨，非夕也在日常生产的来料管理、验证测试、质量管理和智能优化等各方面精益求精，工厂已通过ISO9001（质量管理体系）、ISO45001（职业健康安全管理体系）、ISO14001（环境管理体系）等体系认证，从而保证出厂的每一台自适应机器人都满足安全与质量要求、能够为客户带来实际价值。
我们相信，只有足够安全、可靠的机器人产品，才能在不同场景中稳定作业，成为合格、高效的自动化应用。而只有兼具安全性和极致力控性能的机器人产品，才能突破已有技术边界，使生产和生活类的自动化更加柔性智能。道虽迩，功在不舍，非夕会持续夯实安全基石、优化关键性能，让自适应机器人发挥更多更大的产品价值。
