工业机器人安全性能测试的急停功能有效性验证

工业机器人作为智能制造核心装备，其运行过程中一旦出现异常，急停功能是保障人员安全、防止设备损毁的最后一道关键屏障。急停功能有效性验证并非简单的按钮测试，而是需结合机械结构、电气控制、软件逻辑的系统性验证——它要确保极端场景下急停信号快速可靠触发，机器人从高速运行到静止的过程符合安全标准，且无二次风险。这一环节是工业机器人安全认证的核心指标，直接决定设备能否投入生产。

急停功能的定义与安全标准依据

急停功能（Emergency Stop）是工业机器人在危险状态下快速停止并保持安全的功能，需满足GB 11291.1-2011“快速、可靠、可恢复”的要求。不同标准侧重不同：GB 15706-2012强调覆盖所有危险场景，ISO 13849-1:2015要求急停回路采用PL e等级（冗余+故障检测）。停止类别分0类（立即断电）和1类（受控减速），需匹配场景——如焊接机器人因高温采用0类停止，抓取易碎品则用1类停止。

以某汽车底盘焊接机器人为例，0类停止需验证：触发后100ms内切断动力电源，焊接枪停止加热，关节电磁刹车0.2秒内吸合，防止焊接枪下落烫伤人员。这些要求均需通过标准量化，避免主观判断。

急停触发源的全面覆盖验证

急停触发源需覆盖人工、外部环境、内部故障三类：人工触发包括操作面板、示教器按钮；外部触发包括安全光栅、防护门联锁；内部故障包括编码器异常、电机过载。每类触发源需单独验证。

操作面板按钮需测机械寿命与电气可靠性：用疲劳机模拟按压10万次，按钮无卡滞，接触电阻≤10mΩ（符合GB/T 5095.2-2014）。某品牌按钮按压15万次后，接触电阻仍保持5mΩ。

安全光栅触发需测响应时间与精度：从遮挡到信号发出≤20ms（GB/T 19436.1-2013），且遮挡3个相邻光轴才触发。某光栅用20mm物体遮挡不同位置，均准确触发急停。

内部故障触发需故障注入：断开编码器线缆，机器人需100ms内触发急停。某机器人测试中，编码器断开后80ms内触发，符合要求。

急停信号传输路径的可靠性验证

信号传输路径需解决阻抗匹配、抗干扰、冗余设计问题。有线传输用双绞屏蔽线，阻抗120Ω±10%；无线传输需SNR≥20dB，确保99.99%可靠性。

抗干扰测试需模拟车间电磁环境：用干扰模拟器产生电焊机、变频器的电磁干扰，信号波形需无畸变，上升沿≤10μs。某机器人在10V/m干扰下，信号仍完整。

冗余设计需测双路独立性：断开主路，备用路需5ms内接管。某机器人主路断开后，备用路3ms内接管，停止时间仅增加5ms，符合PL e等级。

急停执行过程的动态性能验证

动态性能需测不同状态下的停止过程：高速空载、满载、关节极限、复杂轨迹。核心指标是停止时间、距离、关节力矩——停止时间≤0.5秒（GB 15706-2012），停止距离≤速度×时间，力矩峰值≤额定120%。

某六轴机器人测试：高速空载停止时间0.4秒，距离0.42米；满载停止时间0.45秒，距离0.48米，均符合标准。关节力矩峰值115%，无结构损伤风险。

末端姿态验证也关键：抓取5kg重物时，急停后姿态变化≤5°，防止掉落。某机器人测试中，重物姿态仅变化3°，满足要求。

急停后的状态保持与复位验证

急停后需保持安全状态：0类停止切断动力电源（电压≤5V），电磁刹车吸合（扭矩≥200%额定）；1类停止受控减速（加速度≤1m/s²）。

复位需两步操作：先解除触发源（如旋转急停按钮、移除光栅遮挡），再人工确认安全（查看示教器参数）。某机器人测试中，未复位按钮时，示教器“重启”按钮灰色不可用；光栅未移除时，无法重启，符合流程。

急停功能的抗疲劳与环境适应性验证

工业机器人寿命8-10年，急停部件需抗疲劳：按钮按压≥10万次，电磁刹车吸合≥100万次。环境适应性需测温湿度、振动、粉尘——45℃高温下按钮无卡滞，-10℃低温下按压力度≤50N，90%湿度下绝缘电阻≥10MΩ，振动环境下接线端子扭矩变化≤10%。

某机器人在粉尘环境（10mg/m³）运行72小时后，按钮接触电阻仍5mΩ，电磁刹车扭矩衰减5%，满足要求。

急停功能的故障注入验证

故障注入需模拟单一与双重故障：单一故障如主路断开、CPU核心故障，双重故障如主路断开+软件死锁。某机器人主路断开+软件死锁时，硬件回路直接切断电源，0.35秒停止；电磁刹车失效+过载时，减速机自锁承受150%负载，防止移动。

通过FMEA分析23种故障，21种触发急停，2种报警，符合故障安全原则。

急停功能验证的量化指标与检测工具

量化指标需可测：触发响应≤100ms，传输延迟≤50ms，停止时间≤0.5秒，冗余度≥2路。检测工具包括高速摄像机（测停止时间）、扭矩传感器（测力矩）、示波器（测信号延迟）、干扰模拟器（测抗干扰）。

某机器人用高速摄像机测高速运行停止时间0.4秒，距离0.42米；用示波器测信号延迟30ms，均符合标准。工具需定期校准，避免误判。