T∕CEEIA 974-2025 协作机器人协同安全分级及测试评估方法

T/CEEIAXXXX—XXXX协作机器人协同安全分级及测试评估方法(报批稿)中国电器工业协会发布中国电器工业协会(CEEIA)是在平等、自愿基础上，由全国电工装备制造、科研、院校、工程成套、销售、用户及相关企事业单位组成的全国性社会组织。按照专业分为发电设备、输变电设备、配电设备、用电设备、基础元件和材料五个领域。现有42个分支机构，6000余家会员单位，分布在全国各地，涵盖电器工业所有领域。中国电器工业协会始终以振兴和发展我国电器工业，代表和维护全行业共同利益和会员合法权益为宗旨，在政府和会员之间发挥"纽带"和"桥梁"的作用。制定中国电器工业协会团体标准，是推动行业可持续发展，满足企业需要，推进企业技术进步，也是协会重要工作之一。中国境内的团体和个人，均可提出制、修订中国电器工业协会团体标准的建议并参与有关工作。中国电器工业协会团体标准按照《中国电器工业协会团体标准制定工作管理办法》进行制定、发布和管理。标准中有关的知识产权问题，按照《中国电器工业协会团体标准知识产权管理办法》进行管理。在标准实施过程中，如发现需要修改或完善之处，请联系中国电器工业协会标准化工作委员会秘书处。的鉴别。I1范围 12规范性引用文件 13术语定义 14协同安全分级 24.1协同安全等级的划分 24.2协作机器人协同安全等级的划分 35协作机器人协同安全要求 45.1信息交互要求 45.2安全性要求 55.3协同性要求 66协作机器人协同安全测试评估方法 76.1通则 76.2测试准备 76.3信息交互测试评估 7 86.5易用性测试评估 86.6协同工作效率测试评估 86.7人机功能的分配 8 87.1基本要求 87.2协作机器人本体及协作机器人应用的报告结论 8附录A(资料性)人机协作过程风险评估危险事件清单 8附录B(资料性)协同安全概述 附录C(资料性)协同安全等级示例 1附录D(资料性)报告内容实例 本文件参照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》及T/CEEIA270—2017《CEEIA标准编写指南》给出的规定编写。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电器工业协会标准化工作委员会提出。本文件由中电协电气场所用机器人安全与检测标准化专业委员会归口。本文件起草单位：上海机器人产业技术研究院有限公司、节卡机器人股份有限公司、邀博(北京)智能科技股份有限公司、上海捷勃特机器人有限公司、法奥意威(苏州)机器人系统有限公司、上海电气集团股份有限公司中央研究院、唐山松下产业机器有限公司、中科新松有限公司、苏州鸿博工业科技有限公司、北京思灵机器人科技有限责任公司、苏州艾利特机器人有限公司、常州检验检测标准认证研究院、上海电器科学研究所(集团)有限公司、上海电器科学研究院、上海电器设备检测所有限公司、上海添唯认证技术有限公司、南京工程学院。本文件主要起草人：朱晓鹏、杨帆、薄顺涛、巩相峰、陈忠、郭建飞、陈宏伟、蔡进、邹添、孙恺、王直荣、贾晓艳、邢琳、皇甫亚波、耿方琪、乔贵方、睢嘉怡。本文件于XXXX年首次制定。协作机器人核心的价值，在于打破了传统工业机器人与人物理隔离的作业模式。它将机器人精确重复的作业能力和人类的复杂决策能力结合起来，实现优势互补，但这一特性与传统工业机器人的安全逻辑产生了冲突后，传统工业机器人依赖物理隔离栏等设备，通过禁止人员进入作业区域来保障安全，而协作机器人需要人机在同一空间动态配合、实时交互。传统的隔离式安全设计，既无法满足灵活作业需求，也阻碍了需人工干预的复杂工序实现自动化升级，这也催生出新的安全标准需求：从过去的被动隔离，转向人机主动协同的安全模式。此前的机器人安全标准一是覆盖范围局限于设备本体，未涉及人机环境交互的动态风险；二是风险评估维度单一，传统标准仅评估设备自身风险，忽略了工作空间布局、人员操作习惯、环境动态变化等关键因素；三是缺乏人体工效学考量，协作作业中人员长期重复配合机器人动作易导致肌肉劳损。本标准提供了易于理解的风险评估方法，评估的内容不仅包括机器人系统本身，还包括其所处环境，例如工作空间。在实现人与机器人系统协作应用时，也可能涉及人体工效学，例如改善工人的工作姿势。协同安全的基本目标是通过机器人、人员和操作环境间的多种互通信息流，在机器人、人员和操作环境间建立相互影响的关系。机器人发出警告，同时人类通过行为干预引发机器人减速或停止。结合协同安全领域使用的信息与通信技术(InformationandCommunicationsTechnology,ICT),机器人和相关信息足以保障操作人员在使用机器人时的安全。因此，操作人员在使用机器人时只需较少的专业培训、知识以及经验，即可操作机器人，减少其使用机器人时产生的危险影响和工作压力。协同安全建立在机器人安全的基础上，其根本目标是通过多元信息流建立机器人、人和其运行环境三者的多元支持性伙伴关系。在人机共存发展的不同阶段，人机系统的不同部分发挥着不同的作用。在安全0.0阶段，安全主要依赖于人员的意识、能力和行为，人员需要根据机器人暴露出的风险采取对应的措施，此时，风险存在于机器人所在的区域、人机共存区以及人所在的区域。在安全1.0阶段，其基本原则为在机器人运行的时候将机器人与人“隔离”以及在人机共存时停止机器人的运行。机器人采取风险减小三步法a)本质安全设计，b)安全防护和补充保护措施，c)使用信息。在安全2.0阶段，通过人、机器人和操作环境(包括物理设施、组织、系统、数据库、标准和规则等)相互之间共享数字化信息，并进行通信和协作来实现安全，此时，人机共存是允许的。1GB/T4205人机界面标志标识的基本和安全规则操作规则GB/T5226.1机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB11291.1工业环境用机器人安全要求第1部分：机器人GB11291.2机器人与机器人装备工业机器人的安全要求第2部分：机器人系统与集成GB/T15706机械安全设计通则风险评估与风险减小GB/T16855.1机械安全安全控制系统第1部分：设计通则GB/T20438电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全GB/T29836.1系统与软件易用性第1部分：指标体系GB/T29836.3系统与软件易用性第3部分：测评方法GB/T36008机器人与机器人装备协作机器人ISO9355-1显示器和控制驱动器设计的人体工效学要求第1部分：显示器和控制驱动器与人HumaninteractionswithdisplaysandcontrISO9355-2显示器和控制执行器设计的人体工效学要求第2部分：显示器(ErgonomicrequirementsforthedesignofdisplaysanISO9355-3显示和控制执行器设计的人体工效学要求第3部分：控制执行器(ErgonomicrequirementsforthedesignofdispISO/IECTR5469人工智能功能安全和人工智能系统(Artificialintelligence-functionalsafetyISO/TS15066机器人与机器人装备协作机器人(Robotsandroboticdevices-Collaborativerobots)EN614-1机械安全一人体工效学设计原则—第1部分：术语和一般原则(Safetyofmachinery-ErgonomicdeEN1005-3机械安全一人体物理性能一第3部分：机械操作的推荐力限值(Safetyofmachinery2适用于本文件。人员、机器人和操作环境共享数字信息、通信和协作，互相合作、协调与配合实现整体安全，其中操作环境包括物理设置、结构、系统、数据库、标准、条例和规则。协同安全是一种强调多个主体通过相互合作、协调与配合来实现整体安全的理念和方法。协同安全等级包括CSL1-CSL4等4个等级，用于表征协同安全的性能水平，覆盖信息交互、安全性、人类智能humanintell(学科)人工智能系统相关机制和应用的研究和开发[来源：GB/T41867-2022,定义3.1.2]4协同安全分级4.1协同安全等级的划分人员、机器人、操作环境三种因素间的信息传递与交流影响协同操作安全，其中：——人员的信息是指机器人用来调整其自身操作以适应与之相关的人员的信息，包括静态信息和动态信息。静态信息通常不随时间变化或变化很小，如人员资质、职业经历和工作经验。动态信息是经常发生变化的信息，如人员的疲劳程度或做特定的动作。机器人(或在环境中其它设备的支持下)应能适应上述的信息变化，以确保安全生产；——机器人的信息包括：机器人的状态，如运行，待机，安全部件是否正常运行，程序状态，协作模式状态等；机器的警报信息；在工作过程中给出人员调整身体姿势等主动建议；—操作环境的信息是人机协作系统的组成部分，环境信息促进了人与机器人之间的联系，同时也形成了与更广泛的企业系统的联系。包括环境条件、系统宕机、工作流程、生产任务切换等。基于安全系统的复杂程度，对协同安全作以下分级及定义，见图1:(4)优化人(4)优化人安全专业知识④优化人机状态②人员信息图1协同安全分级示意图——CSL1:该等级人员可以在协同工作空间的任意位置触发机器系统停止功能；CSL2:该等级机器人系统能识别人员状态(位置、速度、动作等),并主动采取措施，降低或规避人员引起的危险；——CSL3:该等级建立了人和机器人系统之间信息传递的双向通道，除了CSL2机器系统在识别危险并处理危险后，还能通过符合人体工效学的人机界面，向人员传递安全提示信息；CSL4:该等级为最高层次，对协同安全系统进行优化，来提高整个系统的健康和安全。机器人不仅对周围环境(包括人员)所有信息具有识别、处理、提示的功能，还能记录特定人员在特定时间及特定工作环境下应注意的安全要求，或建议人员改变姿势或与同事交换位置来提高舒适度，确保人员健康。4.2协作机器人协同安全等级的划分协作机器人是安全2.0理念的典型产品，见附录B,通过人、机器人和操作环境(包括物理设施、组织、系统、数据库、标准和规则等)相互之间共享数字化信息，并进行通信和协作来实现安全。协作机器人本体、协作机器人系统/应用均应符合协同安全的要求。协作机器人协同安全分级是协同安全分级理念在协作机器人领域的应用实例，具体的协同安全等级示例见附录C。协作机器人协同安全分级从信息交互、安全性和协同性来进行区分，如表1所示。表1协作机器人协同安全分级型型易用的分配工作见5.1.1见低4表1协作机器人协同安全分级(续)段型易用性的分配工作识别人员信息见5.1.1在满足CSL1的基础上，可以识别人员的状态，良好见5.3.3中工效学的智能算法，与CSL2的区别在CSL2的基础上，可以示信息良好中境构成的间的多向人类智能+智能算法，其与的区别见员)给出建议或提醒，理信息类型更加复杂，并给出提升协同工作系优秀高随着系统协同安全等级的提升，系统对于人类智能处理安全及协同问题的依赖程度下降，对于智能算法处理安全及协同问题的依赖程度上升；安全提示是指安全指示灯、蜂鸣器等；°易用性等级参照GB/T29836.1分为优秀、良好、合格、不及格4个等级，本标准中仅采用优秀、良好和合格3个等级，未来制定的协作机器人易用性标准中可能涉及不同的等级；协同工作系统健康主要是通过协同性的沟通效率和团队协作两个子要素进行评价，未安全建议指系统发出提示，例如超过一定时长需要休息。5协作机器人协同安全要求5.1信息交互要求5.1.1信息类型协作机器人协同安全应用中的信息交互包含但不限于表2所示的信息，允许有益于提升协同安全水平的额外信息。5等级人的信息机器人及系统信息环境信息/协作模式状态，自身状态报警等；/同CSL1/同CSL2在CSL2的基础上，增加安全提示信息°/的疲劳程度‘等高阶动态信息，必要的情况下增加等静态信息在CSL3的基础上，给出增强协同工作系统的提示或建议信息分散、反应速度变慢、判断力减弱等状态的量化或定性描人员职业资格待定。°该安全提示信息是通过对CSL3中人员信息处理后得到的。“该提示或建议，是通过对CSL4中人员信息和环境信息处理后得到的。与信息处理相关的智能算法应对算法进行可解释性分析，确保算协作机器人主动安全措施包括安全适用的受监控停止、速度与分离监控表3协作机器人协同安全应用-安全措施人6GB/T36008GB11291.2GB/T36008GB11291.2同CSL1合功率和力的限制(GB/T360085.5.5),力和功率的限值见GB/T36008表协作机器人系统可以采1)安全适用的受监控停止(GB/T360085.5.2) 3)其它主动安全措施同CSL1同CSL1在CSL1的基础上，增加给出表1中对应等级要求的安全提示信息的能力同CSL1据表1中CSL4对人员的建议做出调整，如人员改变姿势、休息等中其它部分配合，给出表1中对应等级要求的安全提示信息在CSL1的基础上，增加给出表1中对应等级要求的安全提示信息的能力在CSL1的基础上，根据表1中CSL4对环境的建议做出调全完整性等级，对于标准中未规定的，应符合GB/T15706确定的性能等级水平。5.3协同性要求根据GB/T29836.1,系统与软件易用性指标包括易理解性、易学习性、易操作性和吸引性。协作机器人易用性应考虑示教器与图形化用户交界面，编程方式，拖动示教与轨迹复现功能，自动化部署、自动轨迹规划与避障，部署的灵活度与扩展性，软件平台化等。5.3.2工作效率人机协作的工作效率应与全部人工、全部自动化等其它生产方式进行对比，分为低、中、高三个工作效率低：采用人机协作后，制造能力明显降低；工作效率中：采用人机协作后，制造能力基本相当；工作效率高：采用人机协作后，制造能力明显提升。5.3.3人机功能的分配7人机功能分配是通过合理的功能分配，将人与机器的优点结合起来，从而形成高效与安全的人机系统。其符合的一般原则为：笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、复杂运算的、大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的作业，应分配给机器承担；而指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时，机器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及应付突发事件等工作，则由人承担。6协作机器人协同安全测试评估方法6.1通则协同安全的测试评估应考虑三方系统，三方系统包括人员、机器人、周围环境，其中，人员应经过培训，机器人涉及关键零部件及组成部分或整个系统应以三方组成的综合系统作为测试评估对象。下列(包括但不限于)检验方法满足本章要求，可单独使用或组合使用：——A:视觉检查；——B:实际试验；——D:在操作中观察；—E:分析计算；—F:资料审查。6.2测试准备根据制造商的要求安装协作机器人或协作机器人系统。机器人应装配完毕，全部操作可执行。所有必要的校平、校准及功能试验均应完成。试验中所使用的正常操作条件，应由制造商说明。正常操作条件包括(但不限于):对电源、液压源和气压源的要求，电源波动和干扰，最大安全操作极限等。测试应在制造商指定的环境范围内进行。试验项目应在被测机器人机械接口加载额定负载，或由制造商指定负载的条件下进行。如部分测量仪器附加于机器人上，应把其质量和位置当作试验负载的一部分。6.3信息交互测试评估6.3.1信息的完整性和有效性根据表1中所列信息及所声称的信息进行逐一核对和实际验证，信息应是完整的和有效的。6.3.2信息交互界面人体工效学测试评估根据协同过程中所采用的信息交互界面类型，运用6.1中提到的A、B、C、D组合方式并且选择对应的人体工效学标准进行测试评估，应符合对应标准的要求。按照EN614-1、EN1005-3对整个人机协作系统进行人体工效学测试评估。a)显示和致动器是按照ISO9355-1、ISO9355-2以及ISO9355-3进行测试评估；b)操动器、指示灯和显示器、光标按钮、旋动控制器件、启动器件、急停器件、紧急断开器件和使能器件等是按照GB/T5226.1进行测试评估；8c)人机界面标志标识是按照GB/T4205进行测试评估。6.3.3协同安全相关智能算法测试评估运用6.1中提到的E方法对协同安全相关智能算法应进行可解释性分析，确保算法的安全性和有效性。如机器人的自主避障和自主规划算法等。6.4安全措施测试评估运用6.1中提到的A、B、C、D组合方式按5.2.2中的标准及要求进行测试评估。6.5易用性测试评估易用性测试评估按GB/T29836.3以及6.1中提到的A、B、D组合方式进行。6.6协同工作效率测试评估运用6.1中提到的D、F组合方式协同工作效率应有协作机器人的系统集成商、用户方等提供证明制造能力的客观证据。6.7人机功能的分配应对人机协同安全的流程进行梳理和拆解，识别各环节任务的性质、人员职责和机器人职责，并采用章节6.1中提到的A、B、C组合方式进行检验检测，以判断是否符合5.3.3的要求。7结果报告7.1基本要求试验报告内容应包括但不限于下面的内容，实例见附录D:a)样品的规格和制造商信息，例如产品名称、产品型号和技术参数等；b)检测项目汇总表；d)检测项目及检测要求；e)测量或观察结果；f)仪器设备清单等。7.2协作机器人本体及协作机器人应用的报告结论报告结论按所有测试项目中得到的最低等级，报告结论为“本机器人可用于协同安全等级为CSLX的人机协作场景中”或“该应用在XXX任务的过程中，达到的协同安全等级为CSLX”。(资料性)9依据GB/T15706识别人机协作过程中发生风险时的典型危险事件，参考表A.1。编号生命周期危险区1工作区机器人意外运动碰撞操作人员234工作区56工作区7机器人意外运动碰撞操作人员(资料性)协同安全概述协同安全的基本概念包括以下元素：a)最大限度地采用ICT技术，实时监测及利用有关机器人运动、人类行为和工作环境的信息；b)在机器正常操作或维护期间，通过探测和传输潜在的风险信息实现对机器动作和/或人员行为的安全控制；c)确保使用ICT的安全技术不会牺牲机器人的使用率或人类的工作效率；d)确保采用安全技术有助于提高工人/操作员在以可持续的方式实施安全措施方面的可信度。使得整个系统能够安全、高效、持续而又协调地进行运转。危险(狮子)和人→风险危险(狮子)与人类共存图B.1安全发展的三个阶段(资料性)协同安全等级示例图C.1作为高度协调作业之一举例说明协同安全等级。左边为传统的年糕制作方式，一人打年糕、一人翻年糕，两者协作共同完成年糕制作。右边为人机协作的方式制作年糕，打年糕由机器人代替，同时对翻年糕者进行必要的安全和技能培训。等级翻年糕者翻年糕者打年糕机器人1、遇到问题时，翻年糕者发出指令让打变更速度3、翻年糕者根据打年糕者的视线、吆喝声、姿势等，判断下一个动作和时机状态判断是否疲劳而使其休息4、系统根据速度、状态监测等判断人员是否疲劳，而使人员休息翻年糕者一般用“稍微等一下!”等声音传达给打年糕者让其停止。但是，在人和机器人协作的情况下，翻年糕者总是在手能到达的范围内具有急停开关，在必要的情况下控制机器人停止作为最基本在CSL2中，除了CSL1的条件外，还要求利用人的信息。例如，在打年糕的过程中，持杵的打糕者会仔细检查翻糕者的熟练程度和动作状态来进行作业。如果是打糕机器人，而翻糕者是是新手，那么机器人会根据翻糕者的动作信息来调整速度，以适应翻糕者的节奏。在CSL3中，除了CSL2的条件外，还增加了机器人方面的信息传递作为条件。如前所述，人类在进行某些动作时，可以通过呼喊、眼神交流、预备动作和姿势等方式进行动作预测，但机器人何时开始移动、向哪个方向移动以及手臂能到达多远都是未知的。为了将这些信息通过视觉或听觉传递给人类，需要设置指示灯或蜂鸣器，以促使操作者采取适当的行动。在CSL4中，除了CSL3的条件外，还要求对操作员和机器人的状态进行最优化。系统可以监控人员及机器人的状态，并在两人未察觉的异常情况下，例如有人从盲区接近、工具出现异常或疲劳状态等，促使他们进行轮换。同样地，在人机协作的情况下，也要求通过网络等方式监控操作员与机器人共存的环境。图C.2展示了之前所解释的“打年糕”过程中，人类与机器的动作以CSL不同的时序图来表示。/机器人与人协作时的工序图时时间'机器人的动作是固定的，而人的操作是零散的，所以效率低，容易产生碰撞事故。的作人工作结人随即开始作人因疲劳等原工作工作向人信息，高效工作。当人疲劳人员交替或休图C.2CSL等级时序图在CSL1的情况下，操作员具备资格和停止手段，而机器人只是执行固定周期的动作。然而，操作员需要依靠自己的感觉进行工作，因此必须考虑到人类动作和时间间隔的不一致性，这导致机器人的工作速度变慢。此外，由于依赖个人感觉，有时可能会错误判断时机，导致与机器人接触并使其停止(即短时间停)。在CSL2的情况下，机器人通过利用人的信息，可以在人完成作业后以最短时间进行操作，因此在同一时间内可以制作更多的产品。在CSL3的情况下，操作者能够利用从机器人侧传来的信息，因此可以毫无恐惧地执行动作。所以，在相同的时间内，其工作效率会比CSL2更高。在CSL4的情况下，如果人的响应速度降低，通过更换操作员来优化人和机器人的状态，可以使高频率的工作状态长时间稳定维持，从而进一步提高作业效率。(资料性)报告内容实例报告内容实例如下：表D.1样品的规格和制造商信息检测类别抽样地点检测地点表D.2检测项目汇总表检测项目12安全措施测试评估3易用性测试评估4协同工作效率测试评估5人机功能的分配6协作机器人协同安全等级一一以下空白一一以下空白一一(样品示例图)图一(题目宋体，五号字体，居中)(铭牌)图二(题目宋体，五号字体，居中)(试验周边)图三(题目宋体，五号字体，居中)图四(题目宋体，五号字体，居中)02X中6.3(1)信息应是完整的和有效的；(2)协同过程中所采用的信息交互界面类型应符合对应标准的要求；(1)根据附录1中所列信息及所声称的信息进行逐一核对和实际验证；(2)运用A、B、C、D组合方式并且选择对应的人类工效学标准进行测试评估。按照EN614-1、EN1005-3对类工效学测试评估。1)显示和致动器是按照：ISO9355-1:1999、ISO9355-2:1999以及、ISO9355-3:2006进行测试评估；按照：GB/T5226.1-201910进行测试评估；3)人机界面标志标识是按照：GB/T4205-2010进行测试评估。(3)运用F方法对协同安全相关智能算法应进行可解释性分析，确保算法的安全性和有效性。如机器人的自主避障和自主规划算法等。作中观察；F:分析计算。水平为CSLX。02X中6.4安全措施应通过功能安全标准的评估，并达到标准中所规定的功能安全性能等级或安全完整性等级。行测试评估。作中观察。安全措施等级为02X中6.5面，编程方式，拖动示教与轨迹复现功能，自动化部署、自动轨迹规划与避障，部署的灵活度与扩展性，软件平台按GB/T29836.3以及A、B、D组合方式进行。注：A:视觉检查；B:实际试验；D:在易用性合格02X中6.6运用D、G组合方式协同工作效率应有协作机器人的系统集成商、用户方等提供证明制造能力的客观证据，分工作效率低：采用人机协作后，制造能力明显降低；工作效率中：采用人机协作后，制造能力基本相当；注2:工作效率需要厂家提供相应的证明材料。注3:D:在操作中观察；G:资料审查。工作效率X02X中6.7节任务的性质、人员职责和机器人职责，并采用A、B、C组合方式进行检验检测，以判断是否符合下面的要求。人机功能分配是通过合理的功能分配，将人与机器的优点结合起来，从而形成高效与安全的人机系统。其符合的一般原则为：笨重的、快速的、精细的、规律性的、单