安全至上：2026年类人机器人的ISO/IEC合规性与风险评估

类人机器人正变得越来越普遍，它们出现在工厂、家庭和商店中。这些机器人包括Boston Dynamics的Atlas（一个步行演示机器人）和特斯拉的Optimus（计划于2026年量产） (www.automation-next.com)。随着机器进入与人共享的空间，安全必须放在首位。国际标准有助于指导设计者和使用者进行风险评估和采取安全措施。例如，ISO 12100:2010（机械安全）规定了系统性的风险评估和风险降低流程 (www.iso.org)。最近的一份机器人安全指南解释说，风险评估必须定义机器人的用途、其工作空间和生命周期，然后识别危害（可能伤人的事物），评估风险（可能性和严重性），并采取措施降低风险 (link.springer.com) (www.plcacademy.com)。它强调一种迭代方法：在增加安全措施后，重新检查危害以确保风险较低 (link.springer.com) (www.plcacademy.com)。

进行正式的ISO 12100风险评估

根据ISO 12100的分步风险评估包括：

• 定义边界和用途。 首先决定机器人将如何、在何处以及何时运行。明确任务、环境、操作员数量和使用限制 (link.springer.com)。
• 识别所有危害。 列出任何可能造成伤害的事物：移动部件、挤压点、电源、软件错误、坠落负载等。有许多方法（例如FMEA、HAZOP）可以系统地发现危害 (link.springer.com) (www.plcacademy.com)。
• 评估风险水平。 对于每种危害，评估可能造成的伤害严重程度和发生的可能性。ISO 12100和ISO/TS 14121建议根据严重性和频率对危害进行评分，以找出最关键的风险 (www.iso.org) (www.plcacademy.com)。
• 通过设计降低风险。 首要目标是消除危害或通过设计来避免危险。例如，防护挤压点或限制机器人的速度。尽可能应用本质安全设计。
• 实施防护措施。 如果危害仍然存在，则增加防护措施，例如防护罩、传感器或安全系统（见下一节）。
• 重新评估。 每次更改后，返回并再次检查所有危害。该过程是迭代的：增加一个安全功能可能会引入新的风险（例如，要求安全断开的电气防护电缆），因此循环重复，直到风险“尽可能低地合理可行” (link.springer.com) (www.plcacademy.com)。

这里提出的每一个主要观点都得到ISO 12100原则和机器人安全研究的支持 (www.iso.org) (link.springer.com) (www.plcacademy.com)。

集成功能安全：PL与功率/力限制

类人机器人通常使用安全相关控制系统。这些系统的可靠性通过性能等级 (PL) 来衡量。PL（等级从a到e）表示在故障条件下安全功能（如紧急停止）的执行效果 (www.keyence.eu)。对于每个安全功能，根据风险因素（潜在伤害的严重程度、暴露频率以及危害的可避免性）确定所需的PL（称为PL_r） (www.keyence.eu)。实际系统必须达到或超过所需的PL（例如，非常高风险的功能可能需要PL d或e）。在实践中，工程师使用ISO 13849或IEC 62061等标准，根据组件（电路可靠性、诊断等）计算PL。（在美国，这类似于在IEC 61508/62061中选择安全完整性等级 (SIL)。）

另一个关键概念是功率和力限制 (PFL)。PFL是一种机器人策略，旨在在不造成致命伤害的情况下接触或碰撞人类。这意味着限制机器人的质量和速度，以确保任何接触都不会造成严重伤害。例如，类人电梯可能使用低功率执行器和压敏皮肤，或通过软件将扭矩和速度限制在安全值。PFL在协作机器人标准（ISO/TS 15066）中明确提及，并在验证期间进行测试 (roboticsystemsauthority.com)。在验证测试中（见下文），设计人员会验证碰撞产生的力是否低于伤害阈值，作为最终的安全检查 (roboticsystemsauthority.com)。

安全防护策略

有几种实用的安全防护措施可以确保人类在类人机器人周围保持安全：

• 速度与距离监控。 传感器（如激光雷达、摄像头或接近扫描仪）监测机器人附近的人类。如果有人进入监测区域，机器人会自动减速或停止。这种方法在ISO TS 15066中为协作操作定义。例如，一个先进的、具有人类感知能力的机器人可能会使用顶部摄像头计算最小安全距离，然后应用ISO/TS 15066安全方程在碰撞发生前减慢机器人速度 (www.nist.gov)。研究人员证实，根据ISO标准实施速度与距离监控可显著降低碰撞风险 (www.nist.gov)。

• 地理围栏。 地理围栏是机器人不会越过的无形边界。许多移动类人机器人或送货机器人使用此功能：例如，机器人推车可能配备GPS或超宽带传感器，定义“禁区”（如楼梯或客户区域）。当机器人接近围栏时，它会切换到安全模式或转身。地理围栏通常不是正式的ISO要求，但对于移动机器人来说，它是一种实用的安全工程层。

• 紧急停止架构。 每个机器人工作单元必须配备一个或多个紧急停止（E-stop）按钮，以立即切断电源。ISO 13850（及其旧版EN 418）要求E-stop功能具有特定类别的停止。0类停止立即切断电源（非受控停止），而1类停止则以受控方式停车然后切断电源 (www.se.com)。类人机器人应支持至少一个0类或1类的紧急停止电路。最佳实践是在每个班次开始前物理测试所有急停按钮。事实上，审计强调许多事故源于未经验证的急停和传感器 (oxmaint.com)。行业指南指出：“工业机器人上的紧急停止装置必须在每个班次开始时进行物理测试——而不仅仅是目视检查。ISO 13850和ANSI/RIA R15.06对此有要求。” (oxmaint.com)。简而言之，每个急停按钮都应立即触发安全停止逻辑，并且系统必须记录或指示停止事件。

这些策略应结合使用。例如，除了软件减速外，您可能还设置了物理防护装置（墙壁或光幕）。许多机器人工作单元使用光幕或扫描仪来强制执行速度/距离概念。无论如何，所有这些设备的接线和逻辑都应遵循ISO 13849或IEC 62061规定的安全等级控制类别（例如双通道、自检继电器），以确保故障几率较低。

CE标志和可比认证

要在欧盟或类似市场销售机器人，制造商必须符合安全指令并加贴CE标志。类人机器人将属于欧盟机械指令（2006/42/EC），并可能属于其他指令（EMC、低电压等）。CE标志要求一份记录合规性的技术文件。技术文件至少应包括：风险评估、符合的基本安全要求、测试报告和用户文档 (www.certifico.com)。例如，一份技术文件模板列出了风险评估、基本要求（机械指令附件I）、根据相关EN标准进行的风险评估、CE符合性声明、安全测试报告（例如EN 60204-1电气安全测试）和说明手册 (www.certifico.com)。制造商（或系统集成商）必须签署一份符合性声明，说明机器人符合所有适用标准。

在欧洲以外，存在可比的认证。在美国，机器人通常根据ANSI/RIA R15.06（基于ISO 10218）进行验证，并可能带有UL认证。UL 1740机器人标准涵盖了北美地区的安全要求。最近的一份指南指出，CE认证通常依赖于EN ISO 10218和EN ISO 13849，而北美UL认证则参考UL 1740和UL 3100 (www.jqrtest.com)。（UL 3100是针对特定机器人设备的新标准。）在中国，适用GB/T机器人标准（CR认证）。实际上，全球制造商通常会根据每个地区的标准准备类似的技术文档。例如，一份中国认证矩阵显示CE（欧盟）要求ISO 10218/13849，UL（美国）使用UL 1740/3100等 (www.jqrtest.com)。确保双重合规可能涉及同时满足ISO和ANSI指南。

验证与确认方法

设计和集成之后，彻底的测试至关重要。验证和确认是两个相关的步骤。验证检查机器人是否按规范正确建造；确认检查是否为预期用途建造了正确的系统 (roboticsystemsauthority.com)。在机器人领域，ISO本身提到了这两个概念（ISO 9283，尽管是针对性能），良好实践也很明确：您必须验证所有安全功能（我们是否正确连接了2类停止？），并在实际场景中确认它们（如果操作员进入，机器人是否真的会停止？）。

结构化的确认计划通常遵循开发生命周期：定义测试标准、测试子组件，然后进行系统验收。在安全关键系统中，这包括安全和危害确认 (roboticsystemsauthority.com)。例如，一个框架指出：在确认最终机器人系统时，风险评估驱动测试用例。您明确测试防护停止、速度/距离安全防护、功率/力限制响应以及其他安全行为 (roboticsystemsauthority.com)。实际上，这意味着故意触发危害，以确保机器人安全响应：例如，放置安全假人或人体模型在可触及范围内，以验证机器人是否减速或停止。可以使用大型工件或沙袋来测试碰撞力。在部署之前，必须纠正任何偏差（例如停止时间过长或传感器间隙）。

在自主或支持AI的机器人中，需要额外的确认。我们的消息来源指出，如果涉及机器学习软件，则必须在部署后进行分布测试和监控 (roboticsystemsauthority.com)。然而，对于当今大多数工业类人机器人而言，安全是通过确定性控制和保守防护措施实现的。所有验证与确认步骤的文档——例如测试报告、事故日志、证书——都将成为合规记录的一部分。

部署前安全检查清单

在允许人类进入机器人工作空间之前，进行最终安全审计是明智之举。一份部署前检查清单可以确保没有任何遗漏。主要项目包括：

• 检查物理防护装置和屏障。 验证所有围栏、外壳和互锁装置是否按设计安装。确保所有光幕或扫描仪的视野畅通无阻。
• 测试紧急停止和安全电路。 按下每个急停按钮，验证机器人是否立即停止（按预期为0类或1类） (www.se.com) (oxmaint.com)。检查当按下急停时控制器是否记录或闪烁故障，以及系统之后是否能正确重启。
• 验证传感器、开关和PLC逻辑。 对于速度/距离系统，模拟人员进入区域：机器人是否按编程减速/停止？检查安全等级输入（如防护门开关）是否功能正确。
• 检查机器人关节限位和制动器。 确保软件速度/扭矩限位已设置。测试如果关节驱动器发生故障（制动器啮合）是否切断电源。机械检查（松动、磨损）应符合制造商指南。
• 审查文件和标签。 确认说明手册、警告标签和维护程序已到位。任何当地法规（例如OSHA通知）必须张贴。
• 确保培训。 操作员和维护人员应已完成该机器人型号及其任务所需的强制安全培训。

最近一份行业检查清单强调了这一点：许多事故的发生是因为跳过了安全审计 (oxmaint.com)。例如，一家自动化审计工具制造商发现，工厂中大多数机器人工作单元事故都可追溯到日常检查中**“未经验证的紧急停止”和“安全区域被突破”** (oxmaint.com)。使用此清单进行演练可以让集成商发现任何遗漏。

调试计划

调试机器人系统时，请分阶段进行：

1. 空运行/测试模式。 让机器人在低速下执行任务，不带实际负载。检查控制软件是否遵循预定动作，以及安全停止是否在模拟故障条件下触发。
2. 逐步增加负载。 逐渐增加速度和有效载荷，验证在人类附近时，力和压力是否保持在安全限制内。根据需要校准任何力传感器或功率限制。
3. 测试文件记录。 记录每项安全测试（急停结果、碰撞模拟、传感器激活）。与设计要求进行比较。任何失败都需要重新审视设计或控制。
4. 培训和操作规程。 在上线前，对最终用户进行紧急程序和安全操作培训。与现场工作人员一起审查安全门和紧急协议。制定安全组件的维护计划。
5. 最终批准。 负责任的工程师（通常是集成商或安全员）应签署所有安全测试均已通过的批准文件。完整的安全档案（风险评估、测试日志、证书、手册）应进行整理和保留。

在整个调试过程中，一项关键的认可就是遵循风险评估本身。每次测试都应重新审视早期的危害分析。标准暗示，在任何硬件/软件更改后都需要重新确认 (roboticsystemsauthority.com)。例如，如果调整了传感器视野，请重新进行人接近测试。简而言之，风险评估驱动调试测试，并有助于定义何时安全足够。

结论

到2026年，类人机器人将越来越多地在人群中活动。安全标准和严谨的工程实践对于预防事故至关重要。基于ISO 12100的正式风险评估，结合功能安全设计（PL等级）和协作安全防护措施（速度限制、急停），将构成任何安全系统的基础。通过彻底的文档记录和测试，集成商可以在确保操作员和旁观者受到保护的同时，获得CE标志（在欧洲）或UL认证（在北美）。最终的现场检查清单和分步调试计划将纸面计划转化为现实世界中的安全。通过这种方式，安全至上的工程设计让企业和消费者都能从类人机器人中受益，而无需承担不必要的风险 (link.springer.com) (www.certifico.com)。