Protective Stop

• 又稱: safeguard stop
• 類別: Control › Human in the loop
• 標籤: safety, industrial-robots, collaborative-robots, risk-assessment, robot-controllers

當受監控的限值或條件被違反時，由機器人的安全系統或安全防護裝置自動觸發的停止；與之相對的是由人按下的緊急停止。

定義

保護性停止（protective stop）是安全系統為回應一個安全防護事件而啟動的機器人運動停止。觸發來源可能是光柵或區域掃描器偵測到有人進入危險區域、門連鎖被打開，或某個安全等級的監控功能發現關節扭矩、接觸力、速度、位置或工具方向超出其設定的限值。ISO 10218 等工業機器人安全標準要求把這類停止列為基本安全功能之一，與緊急停止並列。

它與緊急停止的區別很重要。緊急停止是手動動作，也就是有人按下紅色蘑菇頭按鈕，用於沒有人預料到的情況。保護性停止則是自動的，屬於工作單元所設計之安全防護的一部分。機械安全標準也定義了停止類別，範圍從立即切斷驅動器電源，到受控減速後再斷電，再到維持通電並監控靜止狀態的受控停止。保護性停止採用哪一種類別，是在風險評估中所做的設計選擇：在通電狀態下沿著規劃路徑停止，可以避免手臂下垂或漂移；切斷電源則能更有力地保證它無法移動。

保護性停止之後，機器人通常需要明確的重置或確認才能恢復運作，控制器也可能要求重新啟動程式，或把機器人移到淨空的位置。在協作機器手臂上，由力量或碰撞限值觸發的保護性停止是正常運作的一部分，而不是故障。保護性停止不同於本站上的安全濾波器：安全濾波器持續修改指令以維持在安全集合之內，而保護性停止是在某個限值已被越過之後，機器人安全系統做出的一次離散反應。

為何重要

保護性停止是機器人工作單元把感測器事件與限值違規轉換成有保證之停機的方式。工程師需要知道什麼會觸發它們以及如何恢復，因為頻繁的非預期停止是停機時間的常見來源，而為了避免停止而調整限值時，絕不能削弱它們提供的保護。

主要應用

• 在光柵、掃描器或門連鎖被觸發時停止機器人
• 協作機器手臂上的碰撞與力量限值反應
• 有人接近工作單元時的速度與間距監控
• 強制執行關節、工作範圍與工具方向的限值
• 在把機器人推近極限的研究裝置中的安全恢復邏輯

實際應用

一個研究團隊用一支工業機器手臂與人打桌球。快速揮拍有時會把某個關節推近其設定的扭矩或速度限值，安全控制器隨即發出保護性停止。團隊的軟體會監看控制器狀態；當停止發生在來回對打途中時，軟體會記錄該事件，把這一分標為無效以便重打，等待停止被確認，再把手臂緩慢移回預備姿勢。隨著時間過去，他們藉由在接近限值時讓指令加速度更平滑，而不是調高安全門檻，減少了停止的次數。

常見誤解

• 保護性停止與緊急停止是同一回事 — 緊急停止由人針對未預見的危險手動啟動，而保護性停止由安全防護自動觸發
• 保護性停止代表機器人壞了 — 在協作機器手臂上，它是對限值被超過的預期反應，在檢查原因後即可解除
• 每次保護性停止都會切斷馬達電源 — 標準允許不同的停止類別，有些會在監控靜止狀態時維持通電
• 調高限值是解決頻繁停止的正確方法 — 原因通常在於動作、負載設定或工作單元配置，應在不削弱保護的前提下加以修正

誰需要了解

• 機器人工作單元整合商與安全工程師
• 為協作與工業機器手臂編寫程式的工程師
• 在實體機器人上進行高速或大量接觸實驗的研究人員

相關技術

• 緊急停止（Emergency Stop）
• 安全 PLC（Safety PLC）
• 光柵與安全雷射掃描器（Light Curtains and Safety Laser Scanners）
• 速度與間距監控（Speed and Separation Monitoring）
• 安全等級監控停止（Safety-Rated Monitored Stop）

相關術語

• Cobot
• Safety Filter
• Pinch Point
• Physical Human-Robot Interaction
• Sensorless Force Estimation
• Force/Torque Sensor

相關專案

• NASA Ogma: NASA runtime monitor generator for safe robotics and flight systems