23、协作机器人系统安全验证与仿真的SASSI方法

协作机器人系统安全验证与仿真的SASSI方法

1. 引言

协作机器人（cobots）旨在让人类操作员和机器人在同一工作空间协作，共同实现目标。然而，出于安全考虑，人们常设置物理屏障将机器人与操作员隔开，这限制了人机协作程度，降低了在工业场景中部署协作机器人的优势。

CSI: Cobot项目致力于减少协作机器人系统对屏障的需求，提出了新的传感和控制技术，以提高机器人对环境的感知能力，尤其是与人的交互。而采用新技术的关键在于确保系统整体安全。

基于仿真的技术是评估自主系统的常用方法，它能在不危及系统及其环境的情况下，快速迭代各种配置。但使用仿真测试安全约束存在问题：一是要确保模拟环境能代表被考虑的系统；二是要从无限的配置空间中选择一组配置来驱动测试，并评估系统安全的置信度。

本文提出了一种基于仿真、情景驱动的方法来评估协作机器人系统的安全性，该方法依赖于安全分析产生的工件，以识别安全相关情景，评估系统安全覆盖情况。

2. 案例研究：工业制造协作机器人

以CSI: Cobot项目中的工业用例为例，人类操作员和机械臂协作组装小金属部件。操作员在指定工作台提供未焊接的组件，机械臂将其取走，送到点焊机处理后返回同一工作台交接。在机械臂工作时，操作员需远离工作单元，以免受伤。目前所有操作都在有传感器的围墙笼子内进行，以确保焊接或机械臂移动时无操作员在场。

默认设置是工业用例的抽象，移除了安全笼，使用存在传感器在操作员进入工作单元时停止机械臂。由于模拟环境的限制，机械臂和操作员的控制有限，且无组件交换。机械臂被编程为在底部工作台和顶部点焊机之间的两个路点循环移动。

3. SASSI方法概述