к.т.н. Карлов Кирилл Рудольфович ООО «Степень Свободы»
1. Введение
Интенсивное развитие промышленной робототехники в России и мире привело к появлению нового класса устройств — коллаборативных роботов (cobots), предназначенных для совместной работы с человеком в одном рабочем пространстве. В отличие от традиционных промышленных роботов, работающих в изолированных ограждениях, коботы ориентированы на безопасное прямое взаимодействие с оператором.
Совместное использование человеко-машинных рабочих зон открывает новые производственные возможности: повышение гибкости и адаптивности, снижение издержек, автоматизацию операций, ранее недоступных классическим системам. Однако это требует особого подхода к обеспечению безопасности — как на уровне проектирования робототехнической системы, так и на уровне нормативно-правового регулирования.
В российском контексте такие системы подпадают под действие комплекса национальных стандартов и технических регламентов, которые гармонизированы с международными требованиями.
2. Нормативно-правовая база и стандартизация
2.1 Международные стандарты
На международном уровне основу регулирования составляют:
- ISO 12100 — Safety of machinery — General principles for design — Risk assessment and risk reduction (методология оценки рисков).
- ISO 10218-1/2 — Industrial robots — Safety requirements (требования безопасности для промышленных роботов).
- ISO/TS 15066 — Robots and robotic devices — Collaborative operation (техническая спецификация, определяющая параметры безопасного взаимодействия человека и кобота).
ISO/TS 15066 дополняет ISO 10218 и содержит таблицы предельно допустимых значений силы и давления при контакте с различными частями тела человека, а также рекомендации по типам коллаборативной работы:
- контролируемая остановка (SRMS),
- ручное наведение (Hand Guiding),
- контроль скорости и разделения (SSM),
- ограничение силы и мощности (PFL).
2.2 Российские стандарты
Национальная нормативная база РФ гармонизирована с ISO, что позволяет интегрировать решения международного уровня в отечественные производственные процессы. Основные документы:
- ГОСТ Р 60.1.2.3-2021 — Роботы и робототехнические устройства. Совместная работа человека и промышленного робота (идентичен ISO/TS 15066:2016).
- ГОСТ Р 12.2.134-2009 — Роботы промышленные. Общие требования безопасности (эквивалент ISO 10218).
- ГОСТ Р 54122-2010 — Безопасность машин. Оценка риска (эквивалент ISO 12100).
- ГОСТ Р 12.2.003-91 — Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
- ТР ТС 010/2011 — О безопасности машин и оборудования.
Эти документы определяют требования к проектированию, внедрению, сертификации и эксплуатации робототехнических систем в производственной среде России.
3. Принципы обеспечения безопасности HRC
Согласно ГОСТ Р 60.1.2.3-2021 и ISO/TS 15066, безопасность взаимодействия человека и робота обеспечивается через комбинацию инженерных и организационных мер, которые можно свести к четырём основным категориям:
- Ограничение силы и мощности (PFL) — робот не должен создавать усилия и давление выше установленных нормативных порогов.
- Контролируемая остановка (SRMS) — робот останавливается при входе оператора в рабочую зону.
- Ручное наведение (Hand Guiding) — безопасный режим с ограниченными усилиями.
- Контроль скорости и разделения (SSM) — адаптивное управление движением на основе данных о присутствии человека.
Ключевой процедурой обеспечения соответствия требованиям безопасности является оценка рисков, регламентированная ГОСТ Р 54122-2010.
4. Оценка рисков
Процедура оценки рисков включает:
- идентификацию потенциальных опасностей (механических, кинетических, электрических и др.);
- анализ сценариев взаимодействия человека и робота;
- количественную оценку остаточного риска;
- определение и реализацию мер по его снижению;
- проверку эффективности мер.
Особое значение в HRC имеет контроль контактных усилий и давления. ГОСТ Р 60.1.2.3-2021 содержит таблицы допустимых значений силы и давления для различных зон тела человека (идентичны Annex A ISO/TS 15066). Эти данные используются на этапе валидации системы, а не в реальном времени.
Таким образом, таблица не является инструментом управления роботом, а служит нормативным ориентиром для инженера-интегратора.
5. Физическая основа ограничения опасности
Фундамент безопасности PFL строится на ограничении кинетической энергии и силы контакта, а не на распознавании зон тела в реальном времени.
где— кинетическая энергия звена или TCP,
— приведённая масса,
— скорость в момент контакта.
При проектировании кобот-станций:
- снижают массу и инерцию звеньев;
- ограничивают скорость TCP;
- используют демпфирующие покрытия на рабочем органе;
- исключают сценарии контакта с критическими зонами тела (голова, шея).
Именно через управление этими параметрами достигается соответствие ГОСТ и ISO — а не через «интеллектуальное предсказание точки удара», как это часто ошибочно интерпретируется.
6. Методика испытаний по ГОСТ Р 60.1.2.3-2021
Для подтверждения соответствия требованиям безопасности применяется процедура PFL-испытаний с использованием имитаторов мягких тканей, датчиков силы и методов оценки давления.
Этапы:
- Подготовка испытательного стенда (имитаторы участков тела, датчики силы/давления, TCP с ограничением момента).
- Проведение контактов при квазистатических и транзиентных сценариях.
- Измерение пиковых значений силы
и определение площади контакта
.
- Расчёт давления
.
- Сравнение результатов с табличными нормативами.
- Документирование результатов в протоколе испытаний.
7. Допустимые значения силы и давления (ГОСТ Р 60.1.2.3-2021)
| № | Зона тела | Тип контакта | F<sub>max</sub>, Н | P<sub>max</sub>, Н/см² |
| 1 | Голова | транзиентный | 190 | 11 |
| 2 | Лоб | квазистатический | 65 | 11 |
| 5 | Плечо | транзиентный | 290 | 15 |
| 7 | Предплечье | транзиентный | 280 | 20 |
| 9 | Ладонь | транзиентный | 310 | 30 |
| 13 | Туловище | транзиентный | 350 | 25 |
| 18 | Бедро | транзиентный | 350 | 20 |
| 20 | Голень | транзиентный | 280 | 18 |
| … | … | … | … | … |
Полный перечень зон и значений приведён в приложении А ГОСТ Р 60.1.2.3-2021.
8. Парадокс «таблицы ISO» и реальная практика
Международная и российская практика HRC сталкивается с ключевым инженерным противоречием:
- Система управления робота не знает, в какую часть тела произойдёт контакт.
- Таблица ISO/ГОСТ задаёт предельно допустимые усилия по зонам тела.
- Следовательно, в реальном времени эти значения не используются.
Решение этого противоречия:
- проектирование роботов с низкой инерцией;
- ограничение скорости для соблюдения допустимой энергии в «наихудшем сценарии»;
- использование мягких TCP;
- сертификационные испытания по ГОСТ.
Таким образом, таблица — это не динамическое управление, а юридически-техническая база сертификации и аудита безопасности.
9. Практические подходы в России
Реализация требований ГОСТ осуществляется через:
- ограничение кинетической энергии системы;
- снижение скорости TCP в зоне взаимодействия;
- применение демпфирующих элементов;
- организацию безопасных сценариев взаимодействия;
- документированную оценку рисков.
Такие меры позволяют интегрировать HRC без сложных систем машинного зрения или идентификации зон тела — что особенно важно для российских промышленных предприятий.
10. Заключение
Внедрение коллаборативных роботов в российскую промышленность требует не только инженерных решений, но и строгого следования нормативной базе.
Российские стандарты:
- ГОСТ Р 60.1.2.3-2021,
- ГОСТ Р 12.2.134-2009,
- ГОСТ Р 54122-2010,
- ТР ТС 010/2011
— формируют устойчивую методологическую основу, совместимую с международными требованиями ISO.
Ключевую роль играет оценка рисков, ограничение кинетической энергии и контактных усилий, а также инженерные решения, снижающие опасность взаимодействия человека и робота.
Это обеспечивает не только соответствие нормам, но и повышает эффективность внедрения HRC-технологий, что особенно актуально в условиях технологического развития российской промышленности.
Список нормативных документов
- ГОСТ Р 60.1.2.3-2021 — Роботы и робототехнические устройства. Совместная работа человека и промышленного робота.
- ГОСТ Р 12.2.134-2009 — Роботы промышленные. Общие требования безопасности.
- ГОСТ Р 54122-2010 — Безопасность машин. Оценка риска.
- ГОСТ Р 12.2.003-91 — Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
- ТР ТС 010/2011 — О безопасности машин и оборудования.
- ISO/TS 15066:2016 — Collaborative operation.
- ISO 10218-1/2 — Industrial robots — Safety requirements.
- ISO 12100 — Risk assessment and risk reduction.
Обсуждение закрыто.