GB/T 33265-2016 教育机器人安全要求

　　ICS 25. 040.30 J 28

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 33265—2016

　　教育机器人安全要求

　　Education robotsafety requirements

　　2016-12-13发布 2017-07-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 33265—2016

　　GB/T 33265—2016

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由中国机械工业联合会提出 。

　　本标准由全国 自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC159)归 口 。

　　本标准主要起草单位 :北京博创尚和科技有限公司 、北京机械工业自动化研究所 、中机生产力促进中心 、北京航空航天大学 。

　　本标准主要起草人 :罗阳 、陆鑫 、刘晶 、杨书评 、倪雷 、张萍 、魏洪兴 、乔潇楠 。

　　教育机器人安全要求

　　1 范围

　　本标准规定了教育机器人的基本安全要求 、保护措施以及使用信息的要求和准则 。

　　本标准适用于教育机器人 。如果一个机器人由未成年人来组装 ,本标准适用于可接触的每个零件和组装的机器人 ;如果一个机器人由成人(年满 18周岁)组装或者在出厂时已经组装好 ,本标准适用于组装的机器人 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB 1002 家用和类似用途单相插头插座 型式 、基本参数和尺寸

　　GB/T 2423. 55 电工电子产品环境试验 第 2部分 :试验方法 试验 Eh:锤击试验

　　GB 4208 外壳防护等级(IP代码)

　　GB/T 5169. 2 电工电子产品着火危险试验 第 2部分 :着火危险评定导则 总则

　　GB 6675. 4 玩具安全 第 4部分 :特定元素的迁移

　　GB 7247. 1 激光产品安全 第 1部分 :设备分类 、要求和用户指南

　　GB/T 16273 设备用图形符号(所有部分)

　　GB 17465 家用及类似用途器具耦合器(所有部分)

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　机器人 robot

　　具有两个或两个以上可编程的轴 , 以及一定程度的自主能力 ,可在其环境内运动以执行预期的任务的执行机构 。

　　[GB/T 12643—2013,定义 2. 6 ] 3.2

　　教育机器人 educationalrobot

　　为学习机器人相关知识而专门设计的一种服务机器人 ,具有与物理环境或使用者交互的能力 ,具有一定程度的教学环境适应性 、技术开放性 、功能可扩展性的特点 。

　　3.3

　　移动型教育机器人 mobileeducationalrobot

　　基于自身控制 、可移动的教育机器人 。

　　3.4

　　关节型教育机器人 articulated educationalrobot

　　由多个移动或旋转关节所组成的教育机器人 。

　　GB/T 33265—2016

　　3.5

　　混合型教育机器人 hybrid educationalrobot

　　同时符合移动型教育机器人与关节型教育机器人定义的机器人 。

　　4 安全要求和保护措施

　　4. 1 总则

　　当机器人以可预见方式使用时 ,设计和制造的机器人应减少对人和周围环境的危害 。

　　当机器人以不可预见方式使用时(例如 ,未经训练和不了解该机器人的人员对机器人进行操作时) ,设计和制造的机器人应避免不可预见的使用 ;如果被使用 ,则应减少对人和周围环境的危害 。

　　混合型教育机器人相关安全要求应满足移动型教育机器人和关节型教育机器人的相关要求 。

　　以下条款的相关危险描述及示例见附录 A。

　　4.2 电源安全

　　4.2. 1 执行器安全

　　教育机器人的主要执行器功率超过 10W , 或输出扭矩超过 0. 2 N · m 的 ,应具备紧急停机按钮或具有紧急停机功能的操作手柄 。

　　4.2.2 电池安全功率

　　采用电池组供电的机器人 ,其功率输出不应该超过 2倍电池容量 , 即最大功率输出的情况下 , 电池持续供电时间不低于 0. 5 h;并且其电池组需具备短路保护功能 ,在电流超过额定电流 2 倍时应切断电源输出 。

　　4.2.3 电源适配器安全功率

　　采用电源适配器供电的机器人 ,功率输入不应该超过其额定功率输入的 120% ,且需具备短路保护功能 ,在电流超过额定电流 200%或更高时应切断电源输出 。

　　4.2.4 电路安全

　　当功率输入稳定 、机器人达到正常运行温度时 ,需通过测量检查其是否满足以下要求 :

　　— 所有电路同时运转正常 ;

　　— 机器人的电压为额定电压 ;

　　— 机器人整体运转正常 。

　　注 : 本条中额定电压指电源适配器的额定电压或电池(电池组)的额定电压 。

　　4.2.5 使用安全

　　除非有特殊明确许可 ,机器人 、电池组 、电源适配器不得用于水中 ,并需在其表面明显位置标注 。

　　对于供 7周岁以下儿童使用的机器人电池组 ,必须借助工具才能拆卸和安装 。 除非电池箱或专用电池组的盖子无法被 7周岁以下儿童打开 。

　　对于 12岁年龄以下用户 ,要求在教师或者家长陪同指导下使用 ,并在产品说明书上标注明显警示 。且 12岁以下儿童用户所使用机器人的电压不得超过 24V。

　　4.2.6 短路安全

　　为防止短路 ,应在电路中合理位置放置热熔断路器(保险丝) ,可采用自恢复式断路器 。如果采用自

　　恢复式断路器 ,则机器人需具备短路警告蜂鸣器或短路警告指示灯以防止重复多次短路 。

　　4.2.7 充电电池安全

　　当机器人放在任何位置时 ,充电电池中的化学物质不能泄漏到机器人外 。 即使电池失效 、破裂 , 电解液也不能被使用者直接接触到 。 电池(电池组) 充电器需要有 自动检测充电状态功能 , 在电池(电池组)充满电时自动停止充电 。

　　4.2. 8 插头、插座安全

　　机器人的插头和插座不得与 GB 1002列出的插头插座互换 ,也不得与 GB 17465列出的连接器和器具入口相互换 。设计供 12周岁以下儿童使用的机器人不得使用没有连接器的电线(裸露线头的电线) 。

　　4.3 运动限制

　　各种教育机器人的结构形式和运行机制不同 ,所需的工作空间也不同 。 为防范机器人各关节或机体的运动对附近的人员或财物造成损伤 , 制造商必须采用各种限制机器人运动范围的方式 , 如机械方式 、电气控制方式 、软件编程方式等 , 同时在说明书中明确指示机器人运行中可能出现的各种安全风险和预防方法 。

　　4.4 机械强度

　　4.4. 1 机械强度要求

　　机器人外壳应该具有足够的机械强度 ,其强度应该满足 GB/T 2423. 55 中 Eh的锤击试验要求 。

　　4.4.2 抗击能力要求

　　机器人被组装(固定)后 ,在最薄弱的外壳上 ,每个点经过 6次冲击能为 0. 7 J 的击打后 ,外壳不能产生不可自恢复的形变 。 同时需满足以下要求 。

　　— 遵从本试验外壳的例子有 :包含液体的非密封电池箱或专用电池组的外壳 ,可能出现危险的运动部件的外壳 。

　　— 需使用玻璃材料的灯外罩或透明外壳 ,应采用安全玻璃 ,部件在试验后不应出现明显可见裂痕或破碎 。

　　— 间隙和漏电距离低于定值不会影响安全性的损害 ,或不会负面影响防潮性的损害 ,可以忽略 。

　　— 肉眼看不到的裂缝可以忽略 。

　　4.5 电气部件和气动部件、液压部件

　　机器人中构成危险因素的电气 、气动 、液压等部件应具有固定的防护罩和外壳 ,且在正常运行期间不能自行打开或很容易打开 。这些位置需要有明显的安全警示标志或提示 。

　　4.6 控制软件规范

　　4.6. 1 控制软件安全目标

　　控制软件中应包含以下有效的预防和监控设置 , 以避免软件运行中可能产生的危险操作 。

　　a) 预防 :

　　避免机器人在任何情况下产生可能导致人身或财产损害的误操作 ,控制软件需要对可能产生危险的误操作进行有效的提示或告警 。

　　b) 监控 :

　　能针对软件的实时操 作 进 行 监 控 , 并 对 越 权 行 为 或 具 有 潜 在 危 险 的 用 户 操 作 发 出 有 效 的 提 示 或告警 。

　　4.6.2 代码的安全性

　　控制软件应经过充分的黑盒和白盒测试 , 以确保用户各种操作(包括误操作) 不会使软件崩溃或导致机器人产生错误或危险的动作 。

　　4.6.3 安全原则

　　控制软件在设计中 ,应遵守以下原则要求 。

　　— 加固最脆弱的连接 :进行风险分析并提交报告 ,加固其薄弱环节 。

　　— 实行深度防护 :利用分散的防护策略来管理风险 。

　　— 失败安全 :在系统运行失败时有相应的措施保障软件安全 。

　　— 最小优先权 :原则是对一个操作 ,只赋予所必需的最小的访问权限 , 而且只分配所必需的最小时间 。

　　4.7 电气绝缘及静电防护

　　4.7. 1 绝缘安全

　　在额定工作温度范围内 ,机器人应有足够的电力绝缘性能 。

　　注 : 380 V 以下的低压设备用 500 V 电阻表(MΩ)(摇表)测量 ,绝缘电阻不小于 0. 5 MΩ视为合格 。

　　机器人外壳或人体能直接接触到的部位不应有高于 12V 的交流电压 。

　　4.7.2 绝缘距离

　　电气绝缘的间隙和漏电距离不应该少于 0. 5 mm。

　　4.7.3 防静电安全

　　室温和 50%相对湿度情况下机器人应该具备静电防护能力 。

　　在机器人外壳的任意部位进行 2 000 V 的静电放电试验 ,持续时间 1 min,试验结束后机器人应可正常运作 ,无崩溃情况发生 。

　　4. 8 抗干扰性

　　机器人制造商应在产品出厂前进行充分测试 ,并给出该产品在运行过程中能承受的典型干扰上限 。以确保干扰不会产生危险 。这些典型干扰包括 :

　　— 电磁 、静电 、射频干扰 , 由于电磁干扰 、射频干扰和静电放电 ,使机器人及其系统和周边设备产生误动作 ,意外启动 、或控制失效而形成的各种危险运动 ;

　　— 振动 、冲击 , 由于振动和冲击 ,使连接部分断裂 、脱开 ,使设备破坏 ,或产生对人员的伤害 。

　　4.9 外露部件保护

　　4.9. 1 电缆

　　电缆应满足以下要求 :

　　— 电缆应该光滑的 ,且无锋利边缘或尖端 ;

　　— 电线应该具备保护层 ,使它们接触不到毛刺 、散热片或类似有损其绝缘的边缘 ;

　　— 电线通过的金属孔应该周围表面光滑或提供套管 ;

　　— 电线应该有效地防止接触到移动零件 ;

　　— 在机器人工作过程中 , 电线如果相对机器人某个部件有相对位移 ,则该电线应有额外的绝缘保护套管或拖链保护 。

　　4.9.2 外露的结构部件

　　外露的结构部件应满足以下要求 :

　　— 结构部件应光滑 ,且无锋利边缘或尖端 ;

　　— 机器人工作时可能移动的部件 ,其外露的金属或非金属结构部件不应有小于 60°的锐角或尖端 ,如果有 ,则应有较钝的缓冲装置保护 。

　　4.9.3 明线和发热元件

　　明线和发热元件应该 是 刚 性 的 和 固 定 的 , 以 至 于 在 正 常 使 用 中 , 间 隙 和 漏 电 距 离 不 能 较 少 低 于4. 7. 2 指定值 。

　　4.9.4 齿轮组、链轮、蜗轮蜗杆等传动机构

　　所有传递扭矩大于 0. 2 N · m 的齿轮组 、链轮 、蜗轮蜗杆等传动机构应有外壳防护 。外壳应密闭 ,外壳上不能有直径 3 mm 圆柱可以插入的孔 。

　　4. 10 过热、耐热及耐火保护

　　4. 10. 1 过热处理

　　确保机器人在使用中不会过热 。如果机器人使用过程中有意外过热的风险 ,则机器人应具备过热检测和紧急停机装置 。这是为了尽可能降低由于部件故障或不正确使用导致的火灾 、削弱安全的机械故障和其他危险 。

　　4. 10.2 温度控制

　　机器人连续正常运行 10 h之后 ,过热检测装置应确保 :

　　— 机器人的可被手或身体其他部位接触到的外壳温度不超过 50 ℃ 。

　　4. 10.3 材料选择

　　如果机器人的工作电压超过 12V, 电流超过 3 A或额定功率超过 30W 时 ,其结构零件的材料应该充分的耐热,且在机器人额定功率工作时不得超过 75 ℃ 。额定功率低于 10W 的机器人可忽略其产生的热量 ,试验只在那些可能恶化而削弱符合本标准的零件上进行 。

　　4. 10.4 电源保护

　　所有电源适配器应具备短路和过热保护装置 ,在电流或温度超过指定值后可自动停止工作 。

　　4. 10.5 电池要求

　　对于额定容量大于 200Wh的电池组 ,如果化学成分为钴酸锂离子电池 ,不得使用可能导致喷射电解质或爆炸的硬质金属外壳 。

　　如果电池组的化学成分是铅酸蓄电池 ,不得使用有可能泄漏电解液的电池 ,建议使用全密封免维护工艺的电池 。

　　4. 10.6 非金属零件

　　非金属材料零件 ,支持电气零件的绝缘材料零件应该满足 GB/T 5169. 2 的阻燃标准 。

　　4. 11 误操作和意外情况保护

　　4. 11. 1 避障功能

　　可自行移动位置的机器人应装有防碰撞传感器 ,且在碰撞前或碰撞后应能自行检测到碰撞的发生 ,并进行紧急停机操作 。

　　4. 11.2 急停功能

　　所有关节型教育机器人应在机器人的工作空间之外安装有紧急停车按钮 。

　　所有移动型教育机器人应在机器人本体上安装有紧急停车按钮 ,或带一定长度电缆的紧急停车按钮以便操作者可随时执行紧急停车 。该按钮应容易触及且周围不可能造成人身伤害的结构 。

　　4. 11.3 断电保护

　　额定负载大于 0. 5 kg的关节型教育机器人必须装有刹车装置或配有不间断电源 , 以避免突然断电时机器人的误动作对人造成伤害 。

　　4. 11.4 安全空间

　　关节型教育机器人 ,其说明书或数据表中应明确标示其工作空间 。在其工作空间内 ,机器人工作时不准许人员或人员的肢体进入 。

　　4. 11.5 飞车保护

　　以最大速度工作时 ,本体或部件可能对人体造成伤害的教育机器人 ,其内部应有执行器飞车保护装置或电路 , 以降低机器人故障时执行器(如轮子或履带)飞车造成安全风险 。

　　5 使用资料

　　5. 1 标记

　　5. 1. 1 标记要求

　　机器人上的标记应该清晰和持久 。

　　通过用浸湿水的布料进行手动擦拭 15 s,然后用浸湿汽油的布料擦拭 15 s,当要求使用其他液体使用被要求时 ,擦拭试验也会使用浸湿这些液体的布料进行 。所有试验进行后 ,标记应该是清晰的 。

　　注 : 鉴于标记的耐久力 ,正常磨损是允许的 ,如频繁清洁 。

　　5. 1.2 包装标记

　　包装标记应包括 :

　　— 品名 ,商标 ,或厂商的识别符号 ;

　　— 型号 , 出厂日期 ,序列号 ;

　　— 潜在危险的安全使用说明(例如可能对人体造成影响的激光发射器的安全使用说明 ,可能卡住手指的结构等) ;

　　— 产品的适用条件和适用范围(例如使用环境限制 、对使用者的年龄限制 、对部分残障使用者的限制等) 。

　　当包装没有标记和不便于标记在机器人上时 ,这些标记应该在主要部件上 ,例如尺寸 ;相关重要标记应该包含在使用说明书中 。

　　注 1: GB/T 16273的标记要求可能是适用的 。

　　注 2: 若额外标记不会引起误会 ,则它们是允许的 。

　　5. 1.3 部件标记

　　工作时产生潜在安全风险的部件应在机器人外壳或明显位置粘贴警告或提示性标注 :

　　a) 可能产生的风险及其最严重的后果 ;

　　b) 如何最佳地避免或降低风险 ;

　　c) 产生事故或问题后建议的处置方法 。

　　示例 :使用激光发射器的教育机器人应在激光发射器附近或明显位置注明激光发射器对眼睛有伤害 ,应避免对眼睛直射 。

　　5. 1.4 电池标记

　　电池供电机器人应该有以下标记 ,在电池箱 、电池组外表面(电池组可拆卸的) 或者产品外表面(电池组不可拆卸的) :

　　a) 电池的额定电压和额定电流 ;

　　b) 电池的额定容量 , 以瓦特小时(Wh)或者安培小时(Ah)形式 ;

　　c) 如果机器人有电池箱或专用电池组 ,应该有直流符号 。

　　5. 1.5 电源适配器标记

　　电源适配器供电机器人应该标记 :

　　a) 额定电压和交流/直流标志 , 以伏特(VAC和 VDC)形式 ;

　　b) 额定频率 , 以赫兹(Hz)形式 ;

　　c) 它们的额定功率输入 , 以 W 或 VA形式 ,如果超过 25W 或 25VA;

　　d) 交流-直流适配器供电机器人符号 ,这个标记应该在包装上标注 。

　　额定电压的记号与交流或直流的符号应该接近接线端放置 。如果电力供应为交 、直流均可 ,则可不标注交流或直流的符号 。

　　5. 1.6 双重供电方式的机器人

　　双重供电方式的机器人应该标注电池供电机器人 、电源适配器供电机器人两者要求的记号 。

　　5.2 图形符号

　　当使用图形符号时 ,它们应该符合 GB/T 16273的规定 。

　　5.3 使用说明

　　5.3. 1 机器人产品制造商应提供详细的使用手册或说明书 ,详细列出该产品在运行过程中可能产生的

　　危险 。使用教育机器人的学生或教师应在实际使用前仔细阅读产品说明书或使用手册 ,这些机器人的维护人员或教师应接受产品制造商的现场培训 ,现场培训必须包括安全操作规程环节 。

　　5.3.2 机器人使用的电压器或充电器应该定期检查 ,检查其电线 、插头 、外壳及其他外壳的损坏情况 ,在发生损坏的情况下需停止使用 ,直到该损坏已修复 。

　　5.3.3 为确保机器人的安全运行 ,如果机器人由多部分组成(各部分需要由用户进行组装) ,那么机器人配套应该提供组装 、使用说明书 。

　　5.3.4 有可替代电池的电池供电机器人的使用说明书应该包含以下内容 :

　　— 可以使用的电池化学类型 ;

　　— 如何移除和插入电池 ;

　　— 非可充电电池不能充电 ;

　　— 可充电电池只能在成人指导下充电 ;

　　— 可充电电池应该在充电前从机器人移除 ;

　　— 不同类型的电池或新旧电池不能混用 ;

　　— 电池应该根据正确极性插入 ;

　　— 耗尽电池应该从机器人中卸下或取出 ;

　　— 电源接线端不能短路 。

　　以上内容可以在纸质说明书上 、包装上或机器人上标记 ,如果标记在机器人上 ,它们应该在打开包装后即可明显地看到 ;如果机器人包括多个部件 ,只有最主要的部件需要标记 。

　　5.4 保留包装

　　当标记或使用说明书在包装上时 ,要声明包装应保留 。

　　5.5 操作规范

　　5.5. 1 按制造厂商的使用说明书使用机器人 ,按操作规程进行试运行和功能测试 。制造厂商应在产品说明书或使用手册中明确给出这些准备工作的操作规程 。

　　5.5.2 机器人应检查的项目如下 。

　　a) 机器人通电前应检查 :

　　— 机器人已按说明书正确安装 ,且稳定性好 ;

　　— 电气连接正确 , 电源参数(如电压 、频率 、干扰级别等)在规定的范围内 ;

　　— 其他设施(如水 、空气 、燃气等)连接正确 ,且在规定的界限内 ;

　　— 通信连接正确 ;

　　— 外围设备和系统连接正确 ;

　　— 已安装好限定空间的限位装置 ;

　　— 已采用安全防护措施 ;

　　— 周边的环境符合规定(如照明 、噪声等级 、湿度 、温度等) 。

　　b) 机器人通电后应检查 :

　　— 机器人系统控制装置的功能如启动 、停机 、操作方式选择(包括键控锁定开关)符合预定要求 ,机器人能按预定的操作系统命令进行运动 ;

　　— 机器人各轴都能在预期的限定范围内进行运动 ;

　　— 急停及安全停机电路及装置有效 ;

　　— 可与外部电源断开和隔离 ;

　　— 各装置的功能正常 ;

　　— 安全防护装置和联锁的功能正常 ,其他安全防护装置(如栅栏 、警示装置)就位 。

　　5.5.3 若有机械挡块 、极限开关 、光幕 、激光扫描器件等应遵照制造商的建议使用 。

　　5.5.4 谨慎操作避免机械部件运动引起的危险 。例如 :机器人部件运动— 如大臂回转 、俯仰 、小臂弯曲 、手腕旋转等引起的挤压 、撞击和夹住 ,夹住工件的脱落 、抛射 , 以及移动机器人轮胎或履带可能造成卡住肢体或衣服造成伤害 。

　　5.5.5 仅在满足下列要求时 ,操作者才能启动机器人进行自动操作 :

　　— 预期的安全防护装置都在位 ,并且能起作用 ;

　　— 在安全防护空间内没有人 ;

　　— 遵守制造厂商给出的安全操作规程 。

　　5.6 安全防护

　　5.6. 1 清洁

　　如果机器人在使用过程中需要清洁 ,应该给出清洁和维护详细资料的说明书 ,或者在需清洁位置明显地标明清洁方法 。

　　需要用液体清洁的机器人应该拥有适当保护 , 而且机器人应符合 GB 4208标准的相关条款 , 可分离零件需要卸下 。过多水分需要从外壳上清除 ,外壳上无水渍后 ,机器人应满足 4. 4、4. 7 的强度 、绝缘要求 。

　　5.6.2 毒性防护

　　除电池外机器人整体 ,及其可被用户拆卸的任意部分不应具有毒性或类似危险 。

　　产品应符合 GB 6675. 4 的要求 ,GB 6675. 4不适用于机器人上的电池或电池组 。 电池如具有毒性 ,应在电池上或机器人上显著位置标明 。

　　5.6.3 辐射要求

　　机器人不得产生对人体有害的电磁辐射或电离辐射 。

　　通过测量检查其是否满足 GB 7247. 1 指定条件下辐射的要求 。如透镜 、反射器 、过滤器这些器件可能影响激光器 、发光二极管的聚焦部件 ;部分部件被移除 ,甚至机器人已经损坏 ,这个测量也可以进行 。即使相关的封装部件坏掉 ,这个测量也可以进行 。

　　5.6.4 材料要求

　　机器人不应该含有损害身体健康 ,尤其是对少年儿童成长不利的物质 。

　　5.6.5 充电电池处理

　　机器人如果使用铅酸蓄电池或者镍镉电池 、镍氢电池 、锂离子电池 ,则应在其说明书或机器人外表的明显位置声明该电池的报废处理方式 , 以减少废弃电池对环境造成污染 。

　　5.6.6 激光器使用安全

　　机器人内的激光器和发光二极管应该满足 GB 7247. 1 中第 1类激光器的要求 。如机器人使用的激光器(或具有激光器的传感器)不满足此要求 ,则应在机器人本体或激光器的显著位置放置醒目的安全警告标志 。

　　注 : 第 1类激光器不包括 1 M类激光器 。

　　附 录 A (规范性附录)主要危险列表

　　教育机器人的主要危险如表 A. 1所示 。

　　表 A. 1 主要危险列表

　　参 考 文 献

　　[1] GB 6675. 1—2014 国家玩具安全 第 1 部分 :基本规范

　　[2] GB 6675. 2—2014 国家玩具安全 第 2 部分 :机械与物理性能

　　[3] GB/T 12643—2013 机器人与机器人装备 词汇

　　[4] IEC 60335-2-82 Household and similar electricalappliances—Safety—Part2-28: Particular re- quirements for sewing machines

　　[5] IEC 60598-2-10 Luminaires—Part2-10: Particular requirements—Portable luminaires for children