工业机械防护的 5 大核心原则

机器防护仍是工业自动化与机器人、以及商业自动化用途的关键课题。机器必须遵循艾萨克·阿西莫夫近百年前在「逃跑」(1942) 中提出的机器人第一定律：「不伤害人类」。这句话源于希波克拉底在公元前 245 年制定的医学誓言。深思熟虑的机器设计，配合传感器和控制，防止机器和机器人伤害操作员和可能不知机器危险的闲杂人等。我们将保护人类的方法归纳为五大核心类别呈现如下。

1. 机械防护系统

机器人防护围栏安全防护

概览

机械防护系统是防止接触机械危险部位的物理屏障。这些屏障可以是固定、可移动、或联锁的，对保护工人免受危险机器部件伤害至关重要。

防护系统类型

• 固定防护：永久固定在机器上，非工具不可拆除。设计为提供持续防护。可为实心金属、网格、或透明塑料板（又称「围栏」）
• 可移动防护：可打开或拆除以允许维护或操作访问，但运行期间必须安全关闭。
• 联锁防护：打开时自动停机，确保运行时操作员无法进入危险区域。

常见应用

• 制造业：固定防护常用于锯床、冲床等机器，防止意外接触运动部件。
• 建筑业：电动工具常用可移动防护，允许安全操作同时提供调整访问。
• 食品加工：输送系统常用联锁防护，确保运行时操作员无法伸入运动设备。

过程工业中的机械防护示例

2. 紧急停止 (E-Stop)

概览

紧急停止系统提供在紧急情况下快速停止机械运行的手段。这些系统对防止受伤、缓解突发事件风险至关重要。它们提供随时可及的方法立即停止机器运动。

关键特性

• 位置：E-stop 战略性布置在机械周围，操作员易触达。形式可以是按钮或机器/输送线旁的拉绳。
• 冗余系统：许多机器设多个 E-stop 确保紧急时至少一个可及。开关内部触点也是强制导向的冗余安全设计
• 失效安全设计：E-stop 设计为故障时进入安全状态，即故障时停机而非允许继续运行。

常见应用

• 制造工厂：装配线和重型机械广泛用 E-stop 紧急停止作业。
• 物料搬运：输送系统中 E-stop 可防止卡料或操作错误引发事故。
• 机器人：人机协作环境中 E-stop 至关重要，确保需要时机器人运动即刻停止。

3. 存在感测装置 (PSD)

概览

存在感测装置用于检测危险机械附近的人员并采取适当行动增强安全。这些装置使用红外、激光、微波等技术监测机器周围区域。

PSD 类型

• 安全光幕：形成隐形屏障；光束被中断时机器停止。
• 激光扫描仪：创建工作空间 2D 或 3D 地图，检测人员存在，确保机械仅在安全时运行。
• 接近传感器：检测操作员或物体靠近机器，可按需触发停机或减速。

常见应用

• 自动化制造：机械臂周围大量使用安全光幕，防止操作员进入危险区。
• 数控机床和折弯机：安全光幕主要应用于折弯机前后区域，防止人体部位靠近压料点时折弯机合模
• 纺织业：激光扫描仪帮助确保工人不在运动机械路径上。
• 包装和发货：机器人码垛系统常用安全光幕 (PSD) 保护工人免受机器人运动伤害。安全激光扫描仪 (LIDAR) 是码垛防护另一选择。包装机的接近传感器在允许机械或机器人运行前检测操作员存在以防伤害。

4. 安全联锁

概览

安全联锁是防止机械在不安全条件下运行的装置。它们确保机器仅在满足特定安全条件时运行，从而降低事故风险。

联锁类型

• 机械联锁：物理防止安全防护未就位或未正确定位时运行。
• 电气联锁：用电信号防止机械运行直到满足安全标准。
• 软件联锁：依赖机械控制内编程的安全协议确保安全运行。

常见应用

• 注塑：联锁防止安全防护未就位时机器运行，保护换模时操作员。
• 机器人：确保机器人仅在所有安全条件满足时运行，如工作区内正确定位。
• 冲压作业：安全联锁确保冲床仅在操作员正确定位并安全远离危险区时运行。

5. 机器防护控制器