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同時運動控制及協(xié)同操作安全檢測

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發(fā)布時間：2025-08-25 09:46:18 更新時間：2025-08-24 09:46:19

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

同時運動控制及協(xié)同操作安全檢測：技術要點與標準規(guī)范

在現(xiàn)代工業(yè)自動化與智能制造系統(tǒng)中，同時運動控制及協(xié)同操作已成為提升生產(chǎn)效率與設備智能化水平的核心環(huán)節(jié)。隨著多軸機器人、協(xié)作機器人（Cobot）、自動化產(chǎn)線及人機協(xié)作場景的廣泛應用，設備在執(zhí)行復雜任務時需實現(xiàn)多個運動單元的同步協(xié)調(diào)運行。然而，這種高度集成化的運動控制也帶來了潛在的安全隱患，如碰撞、失控、軌跡偏差或意外停機等。因此，對“同時運動控制及協(xié)同操作”進行系統(tǒng)性安全檢測，不僅是保障生產(chǎn)安全的重要手段，更是符合國際與國家標準的必然要求。安全檢測的內(nèi)容涵蓋運動控制系統(tǒng)的響應精度、同步性、冗余機制、緊急制動能力，以及人機協(xié)作環(huán)境下的風險識別與防護策略。檢測項目需覆蓋硬件（如伺服電機、編碼器、控制器）、軟件（如路徑規(guī)劃算法、通信協(xié)議）和系統(tǒng)集成層面的綜合表現(xiàn)，確保在各種工況下設備運行穩(wěn)定、可預測、可控制。在此背景下，科學、規(guī)范、高效的檢測方法、先進的檢測儀器以及明確的檢測標準，成為構建安全可靠的協(xié)同操作系統(tǒng)的基石。

核心檢測項目

同時運動控制及協(xié)同操作的安全檢測主要包括以下幾類關鍵項目：

運動同步性檢測：評估多個運動軸在設定軌跡下是否保持精確的時間與空間同步，如兩機器人協(xié)同搬運時的位姿一致性。
路徑規(guī)劃安全性驗證：檢查路徑規(guī)劃算法是否避免碰撞路徑，是否具備動態(tài)避障能力。
緊急停止響應測試：驗證在突發(fā)狀況下，所有運動單元能否在規(guī)定時間內(nèi)（如≤200ms）完全停止。
人機協(xié)作安全邊界檢測：通過力矩傳感器、視覺系統(tǒng)或激光掃描儀，實時監(jiān)測人員進入安全區(qū)域時的響應機制。
通信可靠性測試：評估運動控制信號在工業(yè)總線（如Profinet、EtherCAT）中傳輸?shù)难舆t與丟包率，確保協(xié)同控制的實時性。
故障冗余與容錯能力測試：模擬單個執(zhí)行器或傳感器故障，驗證系統(tǒng)能否自動切換至安全模式或降級運行。

關鍵檢測儀器

為實現(xiàn)高精度、可重復的檢測，需依賴一系列專業(yè)檢測設備與工具：

高精度運動軌跡分析儀：用于實時采集各軸的位置、速度、加速度數(shù)據(jù)，通過對比期望軌跡與實際軌跡，評估同步性與軌跡誤差。
激光追蹤儀（Laser Tracker）：提供亞毫米級空間定位精度，適用于大型機器人或多軸系統(tǒng)的三維運動校準與驗證。
六維力/力矩傳感器（6-DOF F/T Sensor）：用于檢測機器人末端與工件或人接觸時的力反饋，驗證協(xié)作過程中的安全限值。
高速攝像系統(tǒng)與視覺檢測設備：配合圖像識別算法，追蹤運動部件動態(tài)，識別潛在碰撞風險。
工業(yè)級數(shù)據(jù)采集卡與實時分析軟件：用于采集PLC、伺服驅(qū)動器、控制器的實時通信數(shù)據(jù)，分析控制延遲與信號完整性。
安全性能測試平臺（如SIL認證測試臺）：模擬真實工況下的安全功能測試，驗證安全回路、急停系統(tǒng)、安全光柵等的可靠性。

主流檢測方法

目前，針對同時運動控制及協(xié)同操作的安全檢測主要采用以下幾種方法：

仿真建模與數(shù)字孿生驗證：在虛擬環(huán)境中搭建設備模型，運行多種工況下的協(xié)同任務，預判潛在沖突與控制異常，降低實機測試風險。
實機閉環(huán)測試：在真實設備上執(zhí)行標準測試序列，結合傳感器數(shù)據(jù)與控制日志，分析系統(tǒng)響應與穩(wěn)定性。
基于事件驅(qū)動的故障注入測試：主動在系統(tǒng)中注入通信延遲、傳感器失效、信號干擾等故障，驗證系統(tǒng)容錯與安全機制。
人機共存場景壓力測試：通過模擬人員靠近、干涉、誤操作等行為，測試安全監(jiān)控系統(tǒng)是否及時啟動保護機制。
自動化測試腳本與持續(xù)集成（CI/CD）：將檢測流程腳本化，集成到開發(fā)與部署流程中，實現(xiàn)周期性、可追溯的安全驗證。

適用檢測標準

為確保檢測工作的規(guī)范性與權威性，必須參照國際、國家及行業(yè)相關標準。主要依據(jù)包括：

IEC 61508：電氣/電子/可編程電子安全相關系統(tǒng)的功能安全基礎標準，適用于安全關鍵系統(tǒng)的開發(fā)與驗證。
ISO 10218-1 & ISO 10218-2：工業(yè)機器人安全標準，分別針對機器人本體與系統(tǒng)集成的安全要求，涵蓋協(xié)同操作與安全邊界設定。
ISO 13849-1：機械安全 – 控制系統(tǒng)安全相關部件，明確控制系統(tǒng)安全等級（SIL或PL）與驗證方法。
ISO/TS 15066：協(xié)作機器人安全指南，詳細規(guī)定了協(xié)作操作中力限值、接觸時長、安全區(qū)域劃分等關鍵參數(shù)。
GB/T 11291.1 & GB/T 11291.2：中國等效于ISO 10218的機器人安全標準，適用于國內(nèi)工業(yè)機器人系統(tǒng)安全評估。
EN 61511（過程工業(yè)）與 IEC 62061：針對過程控制與機械安全的系統(tǒng)級標準，適用于復雜協(xié)同控制系統(tǒng)。

綜上所述，同時運動控制及協(xié)同操作安全檢測是一項系統(tǒng)性、多維度的技術工作，必須結合科學的檢測項目設計、先進的檢測儀器支持、標準化的檢測方法以及權威的檢測標準體系，才能真正實現(xiàn)“安全、可靠、高效”的智能制造目標。企業(yè)與機構在部署協(xié)同自動化系統(tǒng)前，應建立完善的檢測流程，確保系統(tǒng)從設計到運行全生命周期的安全可控。