GB/T 41355-2022 機(jī)械安全 自主移動(dòng)式機(jī)械與人體之間的動(dòng)態(tài)安全距離 確定方法（正式版）

ICS13.110機(jī)械安全自主移動(dòng)式機(jī)械與人體之間的動(dòng)態(tài)安全距離確定方法國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T41355—2022 I Ⅱ 3術(shù)語(yǔ)和定義 25.1一般要求 25.2速度與安全監(jiān)控 25.3距離補(bǔ)償系數(shù) 3 36.2人體接近方向未知時(shí)動(dòng)態(tài)安全距離的計(jì)算 6.3人體接近方向已知時(shí)動(dòng)態(tài)安全距離的計(jì)算 5參考文獻(xiàn) 7IGB/T41355—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC208)提出并歸口。本文件起草單位：蘇州安高智能安全科技有限公司、福建省閩旋科技股份有限公司、長(zhǎng)虹美菱股份機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心、南京林業(yè)大學(xué)、四川蜀興優(yōu)創(chuàng)安全科技有限公司、奧煌檢測(cè)技術(shù)服務(wù)(上海)有限公市中南護(hù)理用品有限公司、中汽認(rèn)證中心有限公司、西安凱金哲檢測(cè)有限公司、廣東昂益新科技有限公金優(yōu)邦科技有限公司、九思檢測(cè)技術(shù)(廣東)有限公司、江蘇冠豐智能科技有限公司。GB/T41355—2022機(jī)械領(lǐng)域安全標(biāo)準(zhǔn)體系由以下幾類標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成。——A類標(biāo)準(zhǔn)(基礎(chǔ)安全標(biāo)準(zhǔn)),給出適用于所有機(jī)械的基本概念、設(shè)計(jì)原則和一般特征?！狟類標(biāo)準(zhǔn)(通用安全標(biāo)準(zhǔn)),涉及機(jī)械的一種安全特征或使用范圍較寬的一類安全裝置：——C類標(biāo)準(zhǔn)(機(jī)械產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)),對(duì)一種特定的機(jī)器或一組機(jī)器規(guī)定出詳細(xì)的安全要求的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)GB/T15706,本文件屬于B1類標(biāo)準(zhǔn)。本文件尤其與下列與機(jī)械安全有關(guān)的利益相關(guān)方有關(guān)：——健康與安全機(jī)構(gòu)。其他受到機(jī)械安全水平影響的利益相關(guān)方有：——機(jī)器使用人員；——服務(wù)提供人員；——消費(fèi)者(針對(duì)預(yù)定由消費(fèi)者使用的機(jī)械)。上述利益相關(guān)方均有可能參與本文件的起草。本文件中的技術(shù)要求可由C類標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充或修改。對(duì)于在C類標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，且已按照C類標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造的機(jī)器，宜優(yōu)先采用C類標(biāo)準(zhǔn)中的要求。1GB/T41355—2022機(jī)械安全自主移動(dòng)式機(jī)械與人體之間的動(dòng)態(tài)安全距離確定方法1范圍與人體或人體部位之間的動(dòng)態(tài)安全距離的要求和方法。本文件適用于自主移動(dòng)式機(jī)械與人體或人體部位之間的動(dòng)態(tài)安全距離的確定。本文件不適用于人體因跑、跳或跌落等方式接近的情況，也不適用于針對(duì)14歲以下兒童的動(dòng)態(tài)安全距離。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文GB/T15706—2012機(jī)械安全設(shè)計(jì)通則風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)減小GB/T19876—2012機(jī)械安全與人體部位接近速度相關(guān)的安全防護(hù)裝置的定位3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T15706—2012和GB/T19876—2012界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1動(dòng)態(tài)安全距離dynamicsafetydistance置改變而可能達(dá)到的危險(xiǎn)區(qū)邊界的距離。3.2制動(dòng)能力brakingcapabili3.3速度與安全監(jiān)控speedandsafetymonitoring;SSM保持人體或人體部位與危險(xiǎn)區(qū)之間最小安全距離以實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)減小的安全防護(hù)措施。注：安全距離取決于幾個(gè)因素，如人體部位的接近速度和接近方向，危險(xiǎn)源的速度、方向和定位，電敏保護(hù)設(shè)備(ESPE)的探測(cè)能力，控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件的響應(yīng)時(shí)間等。3.4用于保護(hù)人員的防護(hù)裝置和/或保護(hù)裝置所圍護(hù)的區(qū)域或空間。2GB/T41355—20224符號(hào)表1給出的符號(hào)適用于本文件。表1符號(hào)及說(shuō)明符號(hào)說(shuō)明單位T總響應(yīng)時(shí)間SSPR/CS輸入端(如傳感器、保護(hù)裝置)的響應(yīng)時(shí)間sSPR/CS邏輯單元的響應(yīng)時(shí)間sSPR/CS輸出端的響應(yīng)時(shí)間s機(jī)器的響應(yīng)時(shí)間s機(jī)器容差因子相關(guān)的響應(yīng)時(shí)間s控制系統(tǒng)采樣時(shí)間sK來(lái)源于人體/人體部位接近速度的參數(shù)mm/s在總響應(yīng)時(shí)間內(nèi)危險(xiǎn)源的位置變化量mmDs與保護(hù)裝置相關(guān)的觸及距離mmZ距離補(bǔ)償系數(shù)mmVo機(jī)器的初始速度m/sSPR/CS邏輯單元和輸出端，以及機(jī)器的響應(yīng)時(shí)間之和s帶動(dòng)力的防護(hù)裝置打開(kāi)到開(kāi)口尺寸所需的時(shí)間samax機(jī)器的最大加速度m/s2—a減速度(制動(dòng)能力)m/s2人體從T?開(kāi)始直至在T?時(shí)刻接觸到危險(xiǎn)區(qū)時(shí)的位移mm機(jī)器從T?開(kāi)始直至在T?時(shí)刻停止時(shí)的位移mmβ人體運(yùn)動(dòng)角度(相對(duì)于X軸)5方法學(xué)作為計(jì)算動(dòng)態(tài)安全距離的基礎(chǔ)，危險(xiǎn)源的位置以及危險(xiǎn)源的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度和制動(dòng)能力(減速度)均應(yīng)已知。速度與安全監(jiān)控(SSM)的主要目的是通過(guò)適當(dāng)改變機(jī)器或其部件潛在危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)的速度和軌跡，保持最低的動(dòng)態(tài)安全距離，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)減小。如果采用了速度與安全監(jiān)控進(jìn)行安全防護(hù)且滿足以下要3GB/T41355—2022求，則可按照第6章計(jì)算動(dòng)態(tài)安全距離：圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)減小的指令。如果保護(hù)設(shè)備可測(cè)量人體或人體部位的接近速度，則在計(jì)算動(dòng)態(tài)安全距離時(shí)可采用測(cè)得的值。否則，應(yīng)采用GB/T19876—2012中給出的接近速度。對(duì)于可測(cè)量接近速度的控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件(SRP/CS),其性能應(yīng)確保不會(huì)削弱SRP/CS的SSM功能。危險(xiǎn)機(jī)器部件或機(jī)器自身的位置和速度的測(cè)量不確定度，以及人體部位自身的位置和速度的測(cè)量不確定度都應(yīng)作為距離補(bǔ)償系數(shù)(Z)的一部分。在具體應(yīng)用中，可能有必要考慮機(jī)器和安全防護(hù)裝置的距離補(bǔ)償系數(shù)(Z)。相關(guān)的指南見(jiàn)制造商——ZG,裝置測(cè)量誤差的一般補(bǔ)償?！猌R,基于反射的測(cè)量誤差補(bǔ)償。如果電敏保護(hù)設(shè)備(ESPE)附近有反射鏡，需要考慮此類——Zp,移動(dòng)式機(jī)械(如車輛)減速時(shí)制動(dòng)扭矩的補(bǔ)償。6動(dòng)態(tài)安全距離的計(jì)算似于GB/T19876—2012中5.1給出的時(shí)間，只是增加了控制系統(tǒng)采樣時(shí)間(ts),見(jiàn)公式(1)。T——總響應(yīng)時(shí)間，單位為秒(s);t?——SPR/CS邏輯單元的響應(yīng)時(shí)間，單位為秒tm——機(jī)器的響應(yīng)時(shí)間，單位為秒(s);止距離。4GB/T41355—2022在危險(xiǎn)機(jī)器功能運(yùn)行期間，應(yīng)以合適的時(shí)間間隔確定動(dòng)態(tài)安全距離。計(jì)算的頻次應(yīng)包括確定達(dá)到安全狀態(tài)的總響應(yīng)時(shí)間(T)。6.2人體接近方向未知時(shí)動(dòng)態(tài)安全距離的計(jì)算人體接近方向未知時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)減小，計(jì)算動(dòng)態(tài)安全距離時(shí)應(yīng)在總響應(yīng)時(shí)間內(nèi)額外增加危險(xiǎn)源位置的變化量(△x)。此時(shí)，動(dòng)態(tài)安全距離(S)應(yīng)按公式(2)計(jì)算：S=(K×T)+△x+Dps+Z……(2)式中：K——來(lái)源于人體/人體部位接近速度的參數(shù)，單位為毫米每秒(mm/s);T——按照公式(1)確定的時(shí)間，單位為秒(s);△x——在總響應(yīng)時(shí)間內(nèi)危險(xiǎn)源的位置變化量，單位為毫米(mm);Dps——與保護(hù)裝置相關(guān)的觸及距離(見(jiàn)GB/T19876—2012中5.2),單位為毫米(mm);Z——距離補(bǔ)償系數(shù)(見(jiàn)5.3),單位為毫米(mm)。如果加速度和減速度已知且連續(xù)，則△x應(yīng)按照公式(3)計(jì)算得出：式中：vo——機(jī)器的初始速度，單位為米每秒(m/s);t?——SPR/CS輸入端(如傳感器、保護(hù)裝置)的響應(yīng)時(shí)間，即t?,單位為秒(s);t?——SPR/CS邏輯單元和輸出端，以及機(jī)器的響應(yīng)時(shí)間之和，即t?=ti+to+tm,單位為秒(s);t?——帶動(dòng)力的防護(hù)裝置打開(kāi)到開(kāi)口尺寸所需的時(shí)間(如果沒(méi)有此類防護(hù)裝置則取0),單位為秒(s);amax——機(jī)器的最大加速度，單位為米每二次方秒(m/s2);—a——減速度(制動(dòng)能力),單位為米每二次方秒(m/s2)。機(jī)器可能有最大的速度。根據(jù)采樣時(shí)機(jī)器的當(dāng)前速度，達(dá)到最大速度的時(shí)間可根據(jù)公式(4)計(jì)算得出：算公式變?yōu)楣?5):……………….(5)此外，如果amax未知，公式(3)中應(yīng)采用極限加速度，此時(shí)公式(3)簡(jiǎn)化為公式(6):最后，如果—a未知，則減速度應(yīng)取零。當(dāng)amax和—a均未知時(shí)，兩種簡(jiǎn)化方式都可以使用。另外，某些功能安全相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)可能給出了△x,或者，由于減速度(-a)取決于幾個(gè)參數(shù)，可通過(guò)測(cè)量得出△x。應(yīng)額外增加允差，且該允差不應(yīng)小于測(cè)量值的10%。對(duì)于計(jì)算得出的△x值，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證。5GB/T41355—2022當(dāng)人體接近方向已知時(shí)，動(dòng)態(tài)安全距離應(yīng)按照公式(7)計(jì)算得出(見(jiàn)圖1):S=√SM+S3-2×Sm×Sp×cosβ+Dps+Z (7)式中：Sp——人體從T。開(kāi)始直至在T?時(shí)刻接觸到危險(xiǎn)區(qū)時(shí)的位移，單位為毫米(mm)。假定人體速度為1.6m/s(Sp=1.6m/s×T);SM——機(jī)器從T?開(kāi)始直至在T?時(shí)刻停止時(shí)的位移，單位為毫米(mm)。假定機(jī)器當(dāng)前速度為vm,制動(dòng)能力為-a,總響應(yīng)時(shí)間為T,則：β——人體運(yùn)動(dòng)角度(相對(duì)于X軸),見(jiàn)圖1;Dps——與保護(hù)裝置相關(guān)的觸及距離(見(jiàn)GB/T19876—2012中5.2),單位為毫米(mm);Z——距離補(bǔ)償系數(shù)(見(jiàn)5.3),單位為毫米(mm)。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：Sx———人體與機(jī)器在X軸上的垂直距離；Sγ———人體與機(jī)器在Y軸上的垂直距離；Sp—人體從T。開(kāi)始直至在T,時(shí)刻接觸到危險(xiǎn)區(qū)時(shí)的位移。假定人體速度為1.6m/s(Sp=1.6m/s×T);SM——機(jī)器從T。開(kāi)始直至在T?時(shí)刻停止時(shí)的位移；T?！踩δ鼙挥|發(fā)的時(shí)刻(在P。位置);T?———實(shí)現(xiàn)預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)減小的時(shí)刻；因此，T=To+T?;P。-——坐標(biāo)原點(diǎn)；P1———安全功能被觸發(fā)時(shí)人體所在的位置(在T。時(shí)刻);P?———T。時(shí)刻危險(xiǎn)機(jī)器所在的位置；P?——實(shí)現(xiàn)預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)減小時(shí)，機(jī)器所在的位置；Q危險(xiǎn)源相對(duì)于X軸的移動(dòng)角度(簡(jiǎn)化為α=0);β——人體相對(duì)于X軸的移動(dòng)角度；w———危險(xiǎn)源與人體之間的運(yùn)動(dòng)夾角注：角度β可由機(jī)器控制系統(tǒng)通過(guò)感應(yīng)危險(xiǎn)源的運(yùn)動(dòng)方向和合適保護(hù)裝置檢測(cè)到的人體接近方向來(lái)確定。圖1人體接近方向已知時(shí)的動(dòng)態(tài)安全距離6GB/T41355—2022只要人體的運(yùn)動(dòng)角度(α)相對(duì)于危險(xiǎn)源的運(yùn)動(dòng)角度(β)沒(méi)有重大改變，就可以采用S的最終結(jié)果。任何情況下，一旦采樣發(fā)現(xiàn)觸及動(dòng)態(tài)安全距離(S),應(yīng)立即觸發(fā)停止。因此，在采樣發(fā)現(xiàn)觸及動(dòng)態(tài)安全距離(S)時(shí)，假定人體的運(yùn)動(dòng)軌跡在總時(shí)間內(nèi)保持不變，以使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全狀態(tài)。由于人體的運(yùn)動(dòng)不可預(yù)測(cè)，因此，這種假設(shè)應(yīng)只適用于T較小(小于100ms),或者人體或危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)被物理屏障嚴(yán)格限制的情形。否則，應(yīng)采用6.2給出的方法。注：示例給出了簡(jiǎn)化的二維模型，以幫助理解。計(jì)算原理同樣適用于三維模型。[1]ISO11161Safetyofmachinery—Integratedmanufacturingsystems—Basicrequirements[2]ISO13849-1:2006Safetyofmachinery—Safety-relatedpartsofcontrolsystems—Part1:GeneralprinciplesfordesignIEC61496-2Safetyofmachinery—Electro-sr[4]IEC61496-3Safetyofmachinery—Electro-sensitivepro