GB/T 39402-2020 面向人机协作的工业机器人设计规范

ICS25.040.30

J28GB

中华人民共和国国家标准

GB/T39402-2020

面向人机协作的工业机器人设计规范

Designspecificationofcollaborativeindustrialrobot

2020-11-19发布2021-06-01实施

国家市场监督管理总局告士

国家标准化管理委员会保W

GB/T39402-2020

目次

前言…………·”………I

引言……………·”……II

l范围………

2规范性引用文件…··

3术语和定义…

4设计原则………………·……”………...••••••......2

4.1通则…………·……”……”……..2

4.2危险识别与风险评估……·……”……”……..3

5设计要求……·……”……”……..4

5.1通则………”………...••••••......4

5.2通用要求……………”……"….4

5.3机械设计……·……………”……..5

5.4人机交互界面…………·……”…………….........6

5.5外部接口设计………………”……..7

5.6协同操作要求…………·……”……”……..8

5.7与安全相关的控制系统性能………·……”………...••••••......9

5.8与安全相关的零部件………“…“….10

5.9机器人安全功能………”……11

6使用信息…………”…·……12

7验证与确认……·…………··…….12

7.1通则………·…………·……12

7.2验证与确认方法…………..13

7.3验证与确认要求……………·…….13

附录A（规范性附录〉安全要求和措施的验证方法…………·……14

GB/T39402-2020

前言

本标准按照GB/T1.12009给出的规则起草。

本标准由中国机械工业联合会提出。

本标准由全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159）归口。

本标准起草单位z邀搏（北京）智能科技有限公司、北京机械工业自动化研究所有限公司、北京航空

航天大学、首都师范大学、安徽配天机器人技术有限公司、清能德创电气技术（北京〉有限公司、工业和信

息化部计算机与微电子发展研究中心（中国软件评测中心）、武汉科技大学、上海沃迪智能装备股份有限

公司、广东省智能制造研究所、清华大学、莱茵技术（上海〕有限公司、深圳吉阳智能科技有限公司。

本标准主要起草人z魏洪兴、宋仲康、赵永利、崔元祥、邵振洲、杨书评、谈金东、朱志昆、刘刚、王佳、

刘颖、李短、玉泽洒、张俊丰、赵晓飞、阅华松、童上高、周雪峰、肖曦、肖玲、黄永衡。

I

GB/T39402-2020

冒｜言

在工业生产中，人类擅长解决那些精度要求不高但有一定灵活度要求的问题，而机器则适合解决具

有高精确性、高强度以及高承载力特点的作业。为了保证足够的安全性，在传统的机器人应用中，一般

配备防护装置，以防止对操作人员造成伤害。因此在这种环境F，人工干预或配合的工作就很难使用机

器人系统来完成。而面向人机协作的工业机器人，不仅具备机器人的性能特点，同时还能与人协同操

作，可大幅拓宽机器人的应用领域，提升生产效率。本标准提供了一种面向人机协作的工业机器人设计

规范，为制造商以及集成商制造和使用具备人机协同操作功能的工业机器人提供标准依据。

Il

GB/T39402-2020

面向人机协作的工业机器人设计规范

1范围

本标准规定了面向人机协作的工业机器人的术语和定义、设计原则和设计要求、使用信息、验证和

确认方法。

本标准适用于面向人机协作的工业机器人的设计和开发。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单〉适用于本文件。

GB/T5226.1-2019机械电气安全机械电气设备第1部分＝通用技术条件

GB11291.1-2011工业环境用机器人安全要求第1部分＝机器人

GB11291.2-2013机器人与机器人装备工业机器人的安全要求第2部分z机器人系统与

集成

GB/T157062012机械安全设计通则风险评估与风险减小

GB/T167542008机械安全急停设计原则

GB/T16855.12018机械安全控制系统安全相关部件第1部分g设计通则

GB/T17799.22003电磁兼容通用标准工业环境中的抗扰度试验

GB17799.42012电磁兼容通用标准工业环境中的发射

GB/T20438.12017电气／电子／可编程电子安全相关系统的功能安全第1部分E一般要求

GB/T360082018机器人与机器人装备协作机器人

3术语和定义

GB/T157062012、GB11291.12011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为便于使用，

以下重复列出了GB/T157062012、GB11291.12011中的某些术语和定义。

3.1

危险h田町d

潜在的伤害源。

[GB/T15706-2012，定义3.6]

3.2

凤险risk

伤害发生的概率与伤害严重程度的组合。

[GB/T157062012，定义3.12]

3.3

凤险评估risk困S回sment

风险分析和风险评价的全过程。

注E改写GB/T157062012，定义3.17.

1

GB/T39402-2020

3.4

协作操作collaborativeoperation

规定了一种专门设计的机器人系统与操作者工作于协作工作空间中的行为。

注z改写GB11291.12011，定义3.4.

3.5

协作工作空间collaborativeworkspace

在安全防护空间内，机器人与人在生产活动中可同时执行任务的工作空间。

注z改写GB11291.l2011，定义3.5.

3.6

人机协作的工业机器人collaborativeindustrialrobot

具备人机协同操作功能的多关节机械手或多自由度工业机器人。

3.7

静态碰撞保护q皿si-stati四collisionprotection

机器人在有源（带电〉处于静止状态时，外部人或设备与机器人发生非预期物理碰撞触发的机器人

安全保护功能。

3.8

安装姿态自适应mountingp晒eadaptation

机器人可自我感知当前安装姿态，并依据姿态感知结果调整软件算法以使机器人运行在正确的

状态。

4设计原则

4.1通则

为了避免碰撞或限制接触力，设计中应使用安全控制系统实时监控人机协作的工业机器人的运行

速度及其输出功率。为了满足人机协同工作的柔性化生产需求，面向人机协作的工业机器人应具备尺

寸小，且能安装在复杂狭小工作空间内的特点。

GB/T36008-2018描述了包括面向人机协作的工业机器人及其相关系统集成的安全性要求，该

机器人的操作特性与传统机器人系统及其他机器系统截然不同。在面向人机协作的工业机器人操作

中，操作者可近距离地工作在加载了动力的机器人旁边，且可在协作空间中发生物理接触（协同工作空

间示例见图1，俯视图）。

2

GB/T39402-2020

说明

1操作空间$

2协同工作空间，

固1协同工作空间示例

任何面向人机协作的工业机器人系统设计都应满足保护性指标，以保证在机器人进行协作作业时

操作者的安全。另外，风险评估也是必要的，在该机器人系统应用时，对其进行相应的危险识别和风险

估计，采取措施降低风险．

4.2危险识别与凤险评估

4.2.1通则

面向人机协作的工业机器人应符合GB11291.1-2011的要求，在集成使用时应符合GB11291.2-

2013的规定。

集成商应对GB11291.1-2011中所述的协作操作进行风险评估，特别要考虑到操作者和机器人系

统之间所涉及的潜在接触或者可合理预见的接触，另外，操作者在协作交互中预计的可达性也要考虑。

在机器人应用集成方案的设计中，使用者应参与集成方案的风险评估和工作空间设计。

4.2.2危险识别

机器人与机器人系统的主要危险列表按GB11291.22013中附录A规定，是按GB/T15706

2012的规定进行危险识别和风险评估的结呆。特定的协作应用（例如搬运、激光切割和加工）可造成进

一步的危险（例如烟雾、气体、化学物质和热物质）。这些危险应编制为特定协作应用风险评估中的独立

依据。

危险识别的流程应至少包含以下内容2

a)机器人相关的危险，包括2

1)机器人的特性（例如载重、速度、力、动力、力矩、功率、几何形状、表面形状与材料等）;

2)操作者与机器人发生的物理接触F

3)操作者临近机器人的潜在危险（例如工作于机器人下方h

b）机器人系统的相关危险，包括3

1)末端与工件的危险，包括缺少人体工学设计、锋利边缘、工件缺损、凸出、使用换刀装置等z

2)有关零件摆放、结构朝向的操作者运动与位置（固定结构、建筑支撑、墙等），以及固定物的

危险位置g

3

GB/T39402-2020

3)固定物设计、堆砌码放与操作以及其他危险3

4)与操作者或生产线上其他设备发生物理接触g

5)任何手控的机器人引导设备的设计与摆放（例如可达性、人体工学、潜在误用、来自控制与

状态指示中可能的混淆等k

的周边设备的影响（例如毗邻机器人的保护罩被移开、激光切削的逼近等）;

c)应用的相关危险，包括2

1)过程中的特定危险（例如温度、部件迸出、焊接飞溅等）;

2)个人防护性装备使用所导致的限制s

3)人体工学设计的不足（例如导致缺失注意力、不合理操作等〕。

4.2.3任务识到

集成商在使用协作机器人开发人机协作应用的过程中，所有在合理范围内可预见的任务与危险都

应一同进行识别并评估安全性。协作任务的特性如下g

a)操作者和运动的机器人系统处在协作空间下的频繁性g

b）操作者与机器人系统接触力（例如手动引导、与工具或工件的物理交互等〉$

c)机器人系统自主操作与协作操作之间的过渡g

d）协作操作完成之后，进行自动或手动重启机器人系统的动作g

e)多人任务g

f)协作空间中的任何额外任务。

4.2.4消除危险与降低风险

识别危险后，有必要在采取适当措施前，评估面向人机协作的工业机器人的系统相关风险，以充分

降低风险。这些措施基于以下基本原则，按优先顺序列必（见GB11291.2-2013的4.1.2):

a)通过设计消除危险或通过替代降低风险s

b）通过安全防护措施防止操作员接触危险，或在操作员接触危险之前确保危险降至安全状态（例

如停车、限制力、限制速度）;

c)提供诸如使用资料、培训ii、标记、人员保护设备等补充性保护措施。

对于传统机器人系统来说，降低风险可由分隔操作者和机器人系统来实现。而对协作操作来说，机

器人系统及其工作空间在设计与应用时，降低风险应重点列出。针对协作操作风险降低的方法在第5

章规定。

5设计要求

5.1通则

应依据GB/T36008-2018以及GB11291.1-2011中有关降低危险的原则来设计机器人。

机器人和机器人系统的设计及制造应达到5.2的要求．

5.2通用要求

5.2.1电磁兼容性（EMC)

机器人的设计和制造应符合GB/T17799.2-2003及GB17799.4-2012的要求，检查项目见表1。

4

GB/T39402-2020

表1电磁兼容（EMC）检查项目

序号检查项目依据标准章条号

1150kHz~30MHz传导发射GB17799.42012表2

230MHz～1口DOMHz辐射发射GB17799.42012表1中1.1

3静电放电GB/T17799.22003表1中1.3

4GB/T17799.22003表1中1.2

射频调幅电磁场

5GB/T17799.2-2003表Z中2.2、表4中4.2

快速瞬变

6GB/T17799.2-2003表Z中2.3、表4中4.3

浪涌

7GB/T17799.22003表2中2.1、表4中4.1

射频共模

8GB/T17799.22003表1中1.1

工频磁场

5.2.2电气要求

机器人电气设备的设计及制造应符合GB/T5226.12019的相关要求。

机器人有可能与操作