自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）的安全檢測(cè)、評(píng)價(jià)與認(rèn)證研究

趙新華

[摘? ? 要]本文分析了自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）安全檢測(cè)、評(píng)價(jià)和認(rèn)證需要遵循的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，按照危險(xiǎn)性分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，提出了適用AGV的評(píng)價(jià)要求和檢測(cè)項(xiàng)目。根據(jù)實(shí)際實(shí)踐評(píng)價(jià)和檢測(cè)結(jié)果，總結(jié)了現(xiàn)階段我國(guó)AGV產(chǎn)品存在的安全問題和不足及與國(guó)際頂級(jí)產(chǎn)品的差距，特別是如何滿足安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，具有很好借鑒作用。同時(shí)這套安全檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法，可以在當(dāng)前沒有專用標(biāo)準(zhǔn)的情況下，被檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室和認(rèn)證機(jī)構(gòu)作為AGV型式實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)品認(rèn)證的依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)導(dǎo)引車;檢測(cè);認(rèn)證

[中圖分類號(hào)]TP242 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）10–0–04

Research on Safety Inspection，Evaluation and Certification of AGV

Zhao Xin-hua

[Abstract]With the development of intelligent manufacturing and logistics automation， AGV has been widely used in China in recent years. It is easy to use and intelligent， greatly improves the labor intensity and work efficiency， and is widely praised. However， with the popularization and application of AGV， especially in the unrestricted area， the safety accidents caused by AGV occur from time to time. How to assess and evaluate the safety of AGV？ Especially when there is no special safety evaluation standard for AGV both at home and abroad， it is urgent to find a correct method to evaluate AGV and test items. This paper analyzes the laws and standards to be followed in the safety inspection， evaluation and certification of automatic guided vehicle （AGV）. According to the methods of hazard analysis and risk assessment， the evaluation requirements and test items applicable to AGV are put forward. According to the practical evaluation and test results， this paper summarizes the safety problems and deficiencies of AGV products in China and the gap with international top products， especially how to meet the requirements of safety regulations and standards. At the same time， the safety testing and evaluation method can be used as the basis of AGV type test and product certification without special standards.

[Keywords]AGV; detection; certification

自動(dòng)導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle以下簡(jiǎn)稱AGV）是機(jī)器人范疇內(nèi)的一個(gè)分支，它最早在國(guó)外被開發(fā)和應(yīng)用，但是近年來卻在中國(guó)開花結(jié)果。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)，特別是中國(guó)制造2025戰(zhàn)略的實(shí)施，以及電子商務(wù)的普及，AGV在中國(guó)的生產(chǎn)、使用穩(wěn)居世界首位。其使用領(lǐng)域從醫(yī)院的藥品分發(fā)、電商的貨物配送、汽車的自動(dòng)泊位到港口集裝箱的裝運(yùn)，覆蓋了眾多行業(yè)。

AGV可以簡(jiǎn)單的理解為一個(gè)電腦控制的搬運(yùn)車，如圖1所示。其在固定的場(chǎng)地內(nèi)工作，和場(chǎng)地的基礎(chǔ)設(shè)施（供電充電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換傳輸系統(tǒng)、導(dǎo)引系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)等）構(gòu)成自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)。

AGV可以工作在封閉的場(chǎng)地內(nèi)和非封閉場(chǎng)地內(nèi)，特別是在非封閉場(chǎng)地內(nèi)，面對(duì)工作和輔助人員，其安全性尤為被大家所關(guān)注。AGV遇到人員是否能停車？AGV搬運(yùn)物品時(shí)是否會(huì)傾倒？充電系統(tǒng)是否會(huì)著火？等諸多安全問題。

1 AGV需要滿足的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)

1.1 中國(guó)適用的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)

AGV應(yīng)當(dāng)符合《中華人民共和國(guó)產(chǎn)品質(zhì)量法》和相應(yīng)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前頒布的自動(dòng)導(dǎo)引車國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 20721—2006《自動(dòng)導(dǎo)引車通用技術(shù)條件》、GB/30030—2013《自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）術(shù)語(yǔ)》、GB/T30029—2013《自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）設(shè)計(jì)通則》等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)不涉及對(duì)安全性的規(guī)定和考核，主要規(guī)定了AGV的外觀與結(jié)構(gòu)、功能參數(shù)、性能指標(biāo)和測(cè)試方法。

雖然中國(guó)機(jī)器人認(rèn)證聯(lián)盟已將AGV納入了中國(guó)機(jī)器人認(rèn)證（CR認(rèn)證）范圍內(nèi)，但是由于沒有確定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也難以全面開展AGV的安全認(rèn)證工作。

1.2 歐美適用的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)

在美國(guó)AGV需要滿足美國(guó)國(guó)家電氣法規(guī)（NEC）的要求，但是并沒有專用的標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)對(duì)AGV的考核是參照國(guó)際通用的ISO12100-1基于風(fēng)險(xiǎn)分析和減少危險(xiǎn)進(jìn)行的[1]。

在歐洲AGV是納入機(jī)器指令2006/42/EC管控的，但是同樣沒有相應(yīng)的歐洲協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)（EN標(biāo)準(zhǔn)）做支撐。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)（VDI）的指導(dǎo)文件VDI 2510：2013-12 第二部分[2]提到，AGV的考核推薦參照EN1525：1997。

1.3 可行的安全考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

近年來，國(guó)際產(chǎn)品認(rèn)證體系把危險(xiǎn)分析引入認(rèn)證流程，這個(gè)主導(dǎo)思想來源于標(biāo)準(zhǔn)ISO12100。該標(biāo)準(zhǔn)在機(jī)械安全設(shè)計(jì)通則中規(guī)定了與機(jī)器設(shè)計(jì)和制造有關(guān)的基本健康與安全的要求，闡述了安全一體化設(shè)計(jì)原則：即選取適當(dāng)?shù)慕鉀Q方法保證安全，應(yīng)遵循以下原則和順序。

（1）首先從設(shè)計(jì)和制造上保證安全。

（2）若無法從設(shè)計(jì)和制造上保證安全，應(yīng)采取必要的防護(hù)措施。

（3）對(duì)防護(hù)措施不能夠完全發(fā)揮作用的殘余危險(xiǎn)，應(yīng)作出相應(yīng)的提示和警告措施。

設(shè)計(jì)和制造的AGV在出廠前需要進(jìn)行危險(xiǎn)分析和評(píng)定，只有當(dāng)所有危險(xiǎn)落入可接受范圍內(nèi)，AGV才可以出廠和交付客戶使用。可接受的危險(xiǎn)是指，AGV對(duì)人和環(huán)境的傷害達(dá)到一個(gè)較小的可接受的程度。如果通過危險(xiǎn)性分析，AGV仍然有不可接受的風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)AGV進(jìn)行設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化。

AGV的風(fēng)險(xiǎn)分析通?？紤]如下方面。

（1）AGV的正常操作，包括：工作、示教、維護(hù)、設(shè)置和清潔等。

（2）意外啟動(dòng)時(shí)。

（3）人員進(jìn)入AGV的工作區(qū)域。

（4）合理的可預(yù)見的錯(cuò)誤使用和不當(dāng)操作。

（5）控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致的結(jié)果。

（6）特定AGV應(yīng)用的危險(xiǎn)場(chǎng)景（如爆炸場(chǎng)所、水下等）。

目前可識(shí)別的危險(xiǎn)有10個(gè)來源，但不限于這些。機(jī)械危險(xiǎn)、電氣危險(xiǎn)、熱危險(xiǎn)、噪聲危險(xiǎn)、振動(dòng)危險(xiǎn)、輻射危險(xiǎn)、材料和物質(zhì)危險(xiǎn)、人體工學(xué)危險(xiǎn)、AGV使用環(huán)境中的危險(xiǎn)和組合危險(xiǎn)等[3]。

ISO12100的另外一個(gè)貢獻(xiàn)是風(fēng)險(xiǎn)分析方法：首先確定AGV的使用場(chǎng)合、操作人員、工作任務(wù)、工作環(huán)境、工作時(shí)間和工作強(qiáng)度等，然后按照這些特定條件進(jìn)行分析，AGV處在的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。最后給出判定結(jié)論，這些風(fēng)險(xiǎn)是否可以接受。

盡管德國(guó)工程師協(xié)會(huì)推薦用EN1525 考核AGV，但是EN1525對(duì)AGV 的電氣部分考核并不全面[4]，特別是目前絕大多數(shù)AGV都是電池驅(qū)動(dòng)的，增加EN1175-1的要求[5]，將會(huì)使考核和評(píng)價(jià)變得更加完善。

2 AGV主要評(píng)價(jià)和檢測(cè)項(xiàng)目

上節(jié)所述，對(duì)AGV比較全面的考核替代標(biāo)準(zhǔn)是ISO12100、EN1525和EN1175-1，下邊介紹一下主要的評(píng)價(jià)要求和檢測(cè)項(xiàng)目。

2.1 制動(dòng)系統(tǒng) （EN 1525 5.2 & EN 1175-1 5.6）

AGV應(yīng)安裝機(jī)械/機(jī)電制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)其在下述情況下應(yīng)動(dòng)作。

（1）在電源中斷、故障時(shí)。

（2）失去速度控制或失去轉(zhuǎn)向控制。

（3）在人員處于檢測(cè)裝置的檢測(cè)范圍內(nèi)，停止AGV（考慮負(fù)載、速度、摩擦、坡度和磨損的情況）。

保證AGV在最大負(fù)載時(shí)，能靜止在制造商規(guī)定的最大允許的工作坡度上。此外，當(dāng)車輛處于手動(dòng)模式時(shí)，制動(dòng)器應(yīng)符合ISO 6292的要求。

2.2 穩(wěn)定性（EN 15255.6，5.8）

（1）負(fù)載搬運(yùn)。承載負(fù)載搬運(yùn)的裝置應(yīng)設(shè)計(jì)成在任何操作模式下，包括緊急停止和裝卸，負(fù)載不能從制造商確定的位置移動(dòng)。

（2）在負(fù)載搬運(yùn)、行駛過程和其他可預(yù)見的操作（包括緊急停止）中，應(yīng)確保AGV的穩(wěn)定性。

驗(yàn)證：

——如果提升高度超過1.8m，應(yīng)通過試驗(yàn)驗(yàn)證。

——如果提升高度不超過1.8m，可以通過計(jì)算驗(yàn)證。

（3）安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

如果用于負(fù)載搬運(yùn)，速度控制和轉(zhuǎn)向控制的控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致穩(wěn)定性喪失，那這些控制系統(tǒng)的安全電路設(shè)計(jì)架構(gòu)應(yīng)符合EN 13849-1 cat.2（圖2），否者 cat.1即可（圖3）[6]。

2.3 充電系統(tǒng)（EN 1525 5.5 & EN 1175-1 5.1，5.2）

充電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)的防止意外接觸帶電連接端子，且只有AGV連接到充電系統(tǒng)時(shí)，才能啟動(dòng)充電;當(dāng)AGV從充電系統(tǒng)離開時(shí)，應(yīng)關(guān)閉充電;充電系統(tǒng)安全控制部分電路架構(gòu)，應(yīng)符合EN 13849-1 Cat.1。

（1）充電電池。 鉛酸和堿性（鎳鎘或鎳鐵）型電池，需要滿足EN 1175-1 5.1。

對(duì)于其他類型的電池，可能需要下列特殊要求：

①IEC 60086-4：2014原電池，第4部分：鋰電池的安全性。

②IEC 61982-4：2015電動(dòng)道路車輛驅(qū)動(dòng)用蓄電池（鋰電池除外），鎳氫電池組和模塊的安全要求。

（2）充電連接器應(yīng)符合EN 1175-1附錄A 要求。

2.4 人員檢測(cè)裝置（EN 1525 5.9.5）

AGV應(yīng)安裝用于檢測(cè)在其行進(jìn)路徑中人員的裝置，包括主行駛方向和轉(zhuǎn)彎側(cè)面保護(hù)。如圖4所示。

（1）人員檢測(cè)裝置應(yīng)滿足以下要求。

①每個(gè)行駛?cè)我夥较蛏?，?yīng)至少能檢測(cè)到覆蓋AGV或其搭載貨物的整體寬度。

②它應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，在AGV的剛性部件和/或貨物與人接觸之前，使AGV能夠被制動(dòng)系統(tǒng)停止（規(guī)定的地面條件）。

③它應(yīng)盡可能近的靠近人員站立地面，至少可以檢測(cè)以下試件：直徑200 mm，長(zhǎng)度600 mm，與AGV路徑成直角，且位于行駛路徑上任何位置。如圖5所示。

當(dāng)檢測(cè)裝置不能檢測(cè)AGV或者貨物的整個(gè)寬度時(shí)：

如果被困人員無法逃脫，則AGV最大速度限制在0.3m/s以內(nèi)，并提供一種可以停止AGV的裝置，位于600mm以內(nèi);人員檢測(cè)裝置的安全控制系統(tǒng)電路架構(gòu)應(yīng)符合EN 13849-1 Cat.2。

（2）用于人員檢測(cè)裝置（無物理接觸）的試驗(yàn)件的反射特性，應(yīng)代表人的衣服。

（3）AGV裝備用于檢測(cè)其行進(jìn)路徑中的人員的裝置，應(yīng)滿足以下測(cè)試要求。

①觸發(fā)型人員檢測(cè)裝置（如緩沖器），應(yīng)不會(huì)對(duì)人員造成傷害。

②直徑200 mm，長(zhǎng)度600 mm：該試件的觸發(fā)力不得超過750 N。

③直徑70mm，高度400mm：該試件的觸發(fā)力不得超過250 N。

④當(dāng)緩沖器被從最大速度和負(fù)載下，壓縮到停止位置時(shí)的力不得超過400N。

（4）安全控制系統(tǒng)電路架構(gòu)。

①主行駛方向：人員檢測(cè)裝置的安全控制系統(tǒng)電路架構(gòu)應(yīng)符合EN 13849-1 Cat.3。

②轉(zhuǎn)彎側(cè)面保護(hù)： 安全控制系統(tǒng)電路架構(gòu)應(yīng)符合EN 13849-1 Cat.2。

（5）自動(dòng)重新啟動(dòng)：當(dāng)人員從AGV的路徑中移出時(shí)，在發(fā)生適當(dāng)警告后，至少延遲2s后，AGV才可自動(dòng)重新啟動(dòng)。

（6）不提供人員檢測(cè)裝置或其不工作：當(dāng)AGV處于手動(dòng)模式或者位于限制區(qū)域時(shí)。

2.5 緊急停止和斷電裝置（EN 1525 5.9.4 & EN 1175-1 5.13）

緊急停止和斷電裝置應(yīng)易于從AGV的兩端和兩側(cè)看到，可識(shí)別和接近。在AGV在端部承載負(fù)載的情況下，需要從另一端接近緊急停止和斷電裝置。緊急停止和斷電裝置數(shù)量，取決于車輛大小和類型。顏色為黃底紅色按鈕。

緊急停止和斷電裝置的控制應(yīng)符合EN418中0類（斷電）停止，應(yīng)切斷所有運(yùn)動(dòng)部件的危險(xiǎn)電源。安全控制系統(tǒng)電路的架構(gòu)應(yīng)符合EN 13849-1 Cat.3。如圖6所示：

緊急停止和斷電裝置符合標(biāo)準(zhǔn)IEC60947-5-1。

2.6 關(guān)鍵零部件要求

關(guān)鍵零部件應(yīng)當(dāng)滿足預(yù)期用途，符合相應(yīng)IEC標(biāo)準(zhǔn)，在正常使用下不會(huì)產(chǎn)生過熱、漏電、著火、爆炸等危險(xiǎn)狀況。例如，電機(jī)符合IEC60034，急停開關(guān)符合IEC60947-5-1的要求等。

2.7 工頻耐壓測(cè)試（EN1175-1，5.14）

AGV應(yīng)能承受1min的工頻耐壓實(shí)驗(yàn)，耐受電壓值和AGV的名義工作電壓關(guān)系如下：

耐壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果壓敏元件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響，應(yīng)先斷開該元件。如果耐壓實(shí)驗(yàn)會(huì)使半導(dǎo)體元器件和集成電路產(chǎn)生損壞，應(yīng)提前斷開這部分元器件。

3 國(guó)產(chǎn)AGV普遍存在的問題

在對(duì)國(guó)內(nèi)12廠家的15個(gè)型號(hào)的AGV進(jìn)行了評(píng)估和檢測(cè)，代表性的問題如下。

（1）基本的人員探測(cè)能力不夠。 一般要求AGV應(yīng)有足夠的探測(cè)能力，當(dāng)探測(cè)到前方有障礙物時(shí)，AGV應(yīng)減速和停車。如果一種檢測(cè)裝置不能達(dá)到上述要求時(shí)，需要有附加手段。

（2）AGV安裝的激光雷達(dá)存在探測(cè)盲區(qū)或死角。由于激光雷達(dá)的安裝位置不恰當(dāng)，產(chǎn)生了探測(cè)盲區(qū)或死角。一旦人員進(jìn)入探測(cè)盲區(qū)或死角，非常容易受到傷害。

（3）使用單一方向探測(cè)雷達(dá)，無法探測(cè)反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的障礙物。

（4）急停開關(guān)位置設(shè)置不合理。急停開關(guān)的位置設(shè)置，使得處于危險(xiǎn)狀態(tài)的人員不宜觸及急停開關(guān)，不能及時(shí)停止AGV的運(yùn)動(dòng)。另外急停開關(guān)的按鈕和背景顏色，不是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的紅黃顏色。

（5）AGV缺少工作狀態(tài)指示或者狀態(tài)指示燈顏色不正確。通常指示燈顏色表示，綠色：正常工作狀態(tài);黃色：非正常工作狀態(tài);紅色：危險(xiǎn)或者緊急狀態(tài)。

（6）安全控制回路和功能控制回路混為一談。AGV的安全控制回路的可靠性要求很高，有相應(yīng)的控制等級(jí)要求，需要滿足性能等級(jí)PL或者SIL等級(jí)。一些AGV把位置探測(cè)回路和安全控制回路混淆一起，使用簡(jiǎn)單的PLC或者單片機(jī)完成這兩個(gè)功能。一旦PLC/單片機(jī)出現(xiàn)故障，安全控制無從談起。

（7）AGV的充電過程存在危險(xiǎn)。AGV在充電狀態(tài)時(shí)，帶電連接器沒有很好的防護(hù)，危險(xiǎn)帶電體裸露，存在觸電危險(xiǎn)。部分產(chǎn)品的電氣連接接觸不可靠，存在過熱危險(xiǎn)。

（8）和人體的接觸力過大。通過模擬人體部位測(cè)試，AGV和人體部位接觸力超過標(biāo)準(zhǔn)要求。

（9）蓄電池存在機(jī)械壓力。正常工作時(shí)，AGV的蓄電池存在承受蓄電池盒體的機(jī)械壓力，這樣可能會(huì)帶來危險(xiǎn)。

（10）機(jī)械穩(wěn)定性。重心偏高，穩(wěn)定性不合格。

（11）文件資料欠缺或內(nèi)容不全。必要的文件資料，如說明書、銘牌、標(biāo)識(shí)欠缺或內(nèi)容不全。

4 結(jié)論

綜上討論，按照風(fēng)險(xiǎn)性分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，提出上述適用AGV的評(píng)價(jià)方法、替代標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)項(xiàng)目，在實(shí)際應(yīng)用中是可行的。根據(jù)實(shí)際評(píng)價(jià)和檢測(cè)結(jié)果，初步體現(xiàn)了現(xiàn)階段我國(guó)AGV產(chǎn)品存在的問題和不足。從而認(rèn)識(shí)到國(guó)產(chǎn)AGV和國(guó)際主流產(chǎn)品的差距，對(duì)如何滿足安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求具有很好借鑒意義。

對(duì)于AGV的設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家，在設(shè)計(jì)之初，需要將風(fēng)險(xiǎn)分析納入產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程體系。同時(shí)理解產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，避免由于設(shè)計(jì)完成后才發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品不符合標(biāo)準(zhǔn)，減少對(duì)人力物力的浪費(fèi)。

同時(shí)這套安全檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法，可以在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)不完善的情況下，被認(rèn)證檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室和認(rèn)證機(jī)構(gòu)作為AGV型式實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)品認(rèn)證的依據(jù)。

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