Protective Stop

• 又称: safeguard stop
• 类别: Control › Human in the loop
• 标签: safety, industrial-robots, collaborative-robots, risk-assessment, robot-controllers

当受监控的限值或条件被违反时，由机器人的安全系统或安全防护装置自动触发的停止；与之相对的是由人按下的急停。

定义

保护性停止（protective stop）是安全系统为响应一个安全防护事件而发起的机器人运动停止。触发源可以是光幕或区域扫描仪检测到有人进入危险区域、门联锁被打开，或某个安全级监控功能发现关节力矩、接触力、速度、位置或工具姿态超出了其配置的限值。ISO 10218 等工业机器人安全标准要求把这种停止作为基本安全功能之一，与急停并列。

它与急停的区别很重要。急停是一种手动操作，即人按下红色蘑菇头按钮，用于无人预料到的情况。保护性停止是自动的，是工作单元所设计的安全防护的一部分。机械安全标准还定义了停止类别，范围从立即切断驱动器电源，到受控减速后再断电，再到保持通电并监控静止状态的受控停止。保护性停止采用哪种类别，是在风险评估中做出的设计选择：在通电状态下沿规划路径停止可以避免机械臂下垂或漂移，而断电则能更有力地保证它无法运动。

保护性停止之后，机器人通常需要明确的复位或确认才能恢复运行，控制器还可能要求重新启动程序，或把机器人移到安全位置。在协作机械臂上，由力或碰撞限值触发的保护性停止是正常运行的一部分，而不是故障。保护性停止不同于本站上的安全滤波器：安全滤波器持续修改指令以保持在安全集合之内，而保护性停止是在某个限值已经被越过之后，机器人安全系统做出的一次离散反应。

为何重要

保护性停止是机器人工作单元把传感器事件和限值违规转化为有保证的停机的方式。工程师需要知道什么会触发它们以及如何恢复，因为频繁的意外停止是停机时间的常见来源，而为避免停止而调整限值时，绝不能削弱它们提供的保护。

主要应用

• 在光幕、扫描仪或门联锁被触发时停止机器人
• 协作机械臂上的碰撞和力限值反应
• 有人接近工作单元时的速度和间距监控
• 强制执行关节、工作空间和工具姿态限值
• 在把机器人推近其极限的研究装置中的安全恢复逻辑

实际应用

一个研究团队使用一台工业机械臂与人打乒乓球。快速挥拍有时会把某个关节推近其配置的力矩或速度限值，安全控制器随即发出保护性停止。团队的软件监视控制器状态；当停止发生在回合中途时，软件会记录该事件，把这一分标记为无效以便重打，等待停止被确认，然后把机械臂缓慢移回准备姿态。随着时间推移，他们通过在接近限值时平滑指令加速度，而不是提高安全阈值，减少了停止的次数。

常见误解

• 保护性停止和急停是一回事 — 急停由人针对未预见的危险手动发起，而保护性停止由安全防护自动触发
• 保护性停止意味着机器人坏了 — 在协作机械臂上，它是对限值被超过的预期响应，在检查原因后即可解除
• 每次保护性停止都会切断电机电源 — 标准允许不同的停止类别，有些在监控静止状态时保持通电
• 提高限值是解决频繁停止的正确方法 — 原因通常在于运动、负载设置或工作单元布局，应在不削弱保护的前提下加以修正

谁需要了解

• 机器人工作单元集成商和安全工程师
• 为协作机械臂和工业机械臂编程的工程师
• 在真实机器人上开展高速或接触密集实验的研究人员

相关技术

• 急停（Emergency Stop）
• 安全 PLC（Safety PLC）
• 光幕和安全激光扫描仪（Light Curtains and Safety Laser Scanners）
• 速度和间距监控（Speed and Separation Monitoring）
• 安全级监控停止（Safety-Rated Monitored Stop）

相关术语

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

相关项目

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