三方检测视角下码垛机器人安全性能测试标准有哪些

码垛机器人作为工业自动化核心设备，广泛应用于物流、食品、医药等领域，其安全性能直接关系到生产效率与人员安全。三方检测作为独立、公正的评估环节，需依据明确的标准体系对机器人安全性能进行验证。本文从三方检测视角出发，梳理码垛机器人安全性能测试涉及的核心标准，解析各标准在实际检测中的应用要点，为行业提供可参考的检测依据。

基础功能安全标准：ISO 13849-1的应用

ISO 13849-1《机械安全 控制系统的安全相关部分 第1部分：设计通则》是码垛机器人功能安全的基础标准，聚焦控制系统的风险降低。该标准通过“性能等级（PL）”和“类别（CAT）”定义安全功能的可靠性：PL从a到e对应风险降低能力递增，CAT B、CAT 1-4则对应不同的故障检测与控制结构。

在码垛机器人检测中，需先通过风险评估确定目标PL等级——例如搬运50kg以上重型货物的机器人，因坠落风险高，通常要求PL d及以上。检测时采用“故障注入法”验证：模拟PLC输入信号丢失、伺服驱动器通讯中断等故障，观察机器人是否能迅速进入安全状态（如停止运动、保持负载位置），确保故障不会导致危险。

此外，标准要求控制系统的“平均无危险故障时间（MTTFd）”需满足对应PL等级要求——例如PL d需MTTFd≥30000小时。检测机构会通过寿命测试或可靠性分析软件，验证机器人控制系统的MTTFd是否达标。

工业机器人专用安全标准：ISO 10218-1/2的核心要求

ISO 10218系列是工业机器人的专用安全标准，分为Part1（机器人本体）与Part2（机器人系统）两部分，覆盖从本体设计到系统集成的全流程安全要求。

Part1针对机器人本体，要求结构强度需满足额定负载下的变形量≤0.1%（如手臂长度1米时，变形不超过1mm），防止负载坠落。检测时用拉力试验机对机器人手臂施加1.5倍额定负载，测量变形量；同时验证“关节锁定装置”——当机器人断电时，关节需保持固定，不能因重力转动。

Part2聚焦系统集成，要求机器人与外围设备（如 conveyor、视觉系统）的联动需满足“安全互锁”——例如当conveyor停止供料时，机器人需停止取货动作。检测时模拟conveyor故障，观察机器人是否同步停止；此外，手动教导模式下的速度需≤250mm/s（ISO 10218-1规定），防止教导人员被机器人碰撞，检测时用测速仪测量教导模式下的最大速度。

紧急停止功能是Part2的关键要求：按钮需为红色蘑菇头式，安装在机器人周边1.5米范围内，按下后机器人需在0.5秒内停止，且停止位置偏差≤5mm（避免负载偏移）。检测时用计时器和位移传感器分别验证响应时间与位置偏差。

电气安全标准：IEC 60204-1的合规验证

IEC 60204-1《工业机械电气设备 第1部分：通用要求》是码垛机器人电气系统的安全基准，涵盖电气设计、安装、防护的全环节。

首先是防护等级：机器人控制柜需达到IP54（防灰尘侵入、防喷水），本体需达到IP65（防尘、防强烈喷水）——食品厂的潮湿环境中，IP等级不足会导致电气短路。检测时用防尘箱（IP5X测试）和喷水装置（IPX4测试）验证：防尘箱内放置控制柜，通入滑石粉2小时后，内部无明显灰尘；喷水装置以10L/min流量向本体喷射，电气系统仍能正常工作。

绝缘电阻测试是电气安全的核心：动力电路与控制电路之间的绝缘电阻需≥1MΩ，接地电阻≤0.1Ω。检测时用兆欧表测量绝缘电阻，用接地电阻测试仪验证接地性能——若接地电阻超标，机器人运行时可能产生静电，引发电气火花。

电磁兼容（EMC）是常被忽略的要点：IEC 61000系列要求机器人运行时的辐射发射≤30dBμV/m（10m距离），同时需耐受1kV的静电放电（IEC 61000-4-2）。检测时将机器人置于电波暗室，用频谱分析仪测量辐射发射；用静电放电发生器模拟人体静电，观察机器人是否出现误动作。

力学性能与负载安全：ISO 9283的测试要点

ISO 9283《工业机器人 性能规范及其试验方法》是验证码垛机器人力学安全的关键标准，聚焦位置精度、重复精度与负载能力。

重复定位精度是码垛机器人的核心指标——例如抓取纸箱的机器人，重复精度需≤±0.5mm，否则会因抓位偏差导致纸箱掉落。检测时用激光跟踪仪记录机器人末端执行器在同一位置的10次定位数据，计算标准差；若标准差超过限值，需调整伺服系统的PID参数。

负载能力测试需覆盖额定负载与过载情况：额定负载下，机器人需连续运行8小时无异常；过载10%（如额定100kg，测试110kg）时，运行2小时后，手臂变形量≤0.2%。检测时用标准砝码作为负载，记录运行中的电流、温度（伺服电机温度≤80℃）与变形量——若电机温度超标，说明散热设计不足，可能引发电机烧毁。

动态轨迹精度测试针对高速码垛场景：机器人在300mm/s速度下搬运负载，轨迹偏差需≤±1mm。检测时用高速摄像机拍摄末端执行器的运动轨迹，与理论轨迹对比——轨迹偏差过大可能导致货物碰撞，影响码垛稳定性。

协同作业安全：ISO/TS 15066的场景适配

随着“人机协同”场景增多，ISO/TS 15066《机器人与机器人装置 协作机器人》成为码垛机器人的重要补充标准，针对工人介入场景制定安全要求。

标准定义了“功率和力限制（PFL）”：当机器人与人体接触时，接触力需≤150N（手臂部位）、≤250N（躯干部位），防止造成伤害。检测时用配备力传感器的假人模型，模拟工人与机器人手臂碰撞，记录接触力——若力值超标，需调整机器人的速度或力矩限制。

协同区域的速度限制是关键：工人进入协同区域（如机器人周边1米范围）时，机器人速度需降至≤250mm/s。检测时用激光雷达监控区域，当模拟工人（假人）进入时，测量机器人的减速时间（≤0.3秒）与最终速度——若减速不及时，可能导致碰撞风险。

此外，标准要求“安全监控停止（SMS）”功能：当工人进入危险区域（如机器人抓取点下方），机器人需立即停止。检测时用红外传感器检测危险区域，模拟工人闯入，观察机器人是否在0.2秒内停止，且停止后不能自动重启。

环境适应性安全：IEC 60068与IEC 60529的验证

码垛机器人需适应不同环境，IEC 60068（环境试验）与IEC 60529（IP等级）是验证环境适应性的核心标准。

温度试验覆盖低温（-10℃）与高温（45℃）：机器人在低温环境下需能正常启动（伺服电机启动电流≤额定电流的1.5倍），高温环境下连续运行4小时后，控制柜内部温度≤50℃。检测时将机器人置于恒温恒湿箱，模拟极端温度，记录启动时间与内部温度——若低温启动失败，说明电池或伺服系统的低温适应性不足。

湿度试验采用稳态湿热（相对湿度90%，温度40℃）：机器人运行24小时后，绝缘电阻需≥0.5MΩ，无凝露现象。检测时用湿度传感器监测控制柜内部湿度，用兆欧表测量绝缘电阻——凝露会导致电气短路，影响安全。

振动与冲击试验针对物流运输场景：机器人需耐受5Hz-500Hz的正弦振动（加速度5g），以及15g的半正弦冲击（持续时间11ms）。检测时用振动台模拟运输振动，用冲击台模拟搬运冲击，试验后验证机器人的精度与功能是否正常——若振动后重复精度下降，说明结构紧固不足，可能导致运行中零件松动。

故障安全与应急响应：ISO 13850的执行要求

ISO 13850《机械安全 紧急停止装置 功能要求》是应急响应的核心标准，确保机器人在危险情况下能迅速停止。

紧急停止按钮的设计要求：按钮需为红色，直径≥22mm，背景为黄色，安装高度1.0-1.5米（方便工人操作）。检测时测量按钮尺寸与安装高度，验证颜色是否符合标准——若按钮过小，紧急情况下可能无法快速触及。

响应时间与停止距离：机器人从接收到紧急停止信号到停止的时间≤0.5秒，停止距离≤10mm（针对100mm/s速度下的运行）。检测时用计时器测量响应时间，用激光位移传感器测量停止距离——若停止距离过长，可能导致负载碰撞周边设备。

故障诊断与报警功能：机器人需能检测传感器故障（如光电传感器未检测到货物）、电机过载等异常，并发出声光报警（报警声≥85dB，灯光为红色闪烁）。检测时模拟传感器故障（断开信号线），观察机器人是否发出报警，并停止运动——若未报警，说明故障诊断系统失效，可能导致危险继续。