ChinaAutoRegs|GB/T 41355-2022 英文版 机械安全 自主移动式机械与人体之间的动态安全距离 确定方法
Safety of Machinery—Dynamic Safety Distances Between Autonomous Mobile Machinery and Human Body—Method of Determination
1 SCOPE
This document specifies the requirements and methods for determining the dynamic safety distance between autonomous mobile machinery and human body or parts of the body based on the moving speed of human body or parts of the body and autonomous mobile machinery and the braking capacity of the latter.
This document is applicable to the determination of dynamic safety distance between autonomous mobile machinery and human body or part of the body.
This document is neither applicable to the cases in which the human body approaches in such manners as run, jump or drop, nor applicable to the dynamic safety distance for children under 14 years old.
2 NORMATIVE REFERENCES
The following documents contain provisions which, through reference in this text, constitute essential provisions of this document. For dated references, only the editions cited apply. For undated references, the latest editions of the normative document (including any amendments) apply.
GB/T 15706-2012 Safety of machinery – General principles for design – Risk assessment and risk reduction
GB/T 19876-2012 Safety of machinery – Positioning of safeguards with respect to the approach speeds of parts of the human body
3 TERMS AND DEFINITIONS
For the purposes of this document, the terms and definitions given in GB/T 15706-2012 and GB/T 19876-2012, as well as the following apply.
3.1
动态安全距离 dynamic safety distance
用于确定危险、危险点或机器部件的实际位置，及其在实现预期风险减小的总响应时间（T)内因位 置改变而可能达到的危险区边界的距离。
3.2
制动能力 braking capability
危险、危险点、机器部件或机器运动速度的减速能力。
3.3
速度与安全监控 speed and safe狔 monitoring;SSM
保持人体或人体部位与危险区之间最小安全距离以实现风险减小的安全防护措施。
注：安全距离取决于几个因素，如人体部位的接近速度和接近方向，危险源的速度、方向和定位，电敏保护设备 (ESPE)的探测能力，控制系统安全相关部件的响应时间等。
3.4
安全防护空间 afeguarded space
用于保护人员的防护装置和/或保护装置所围护的区域或空间。
4符号
表1给出的符号适用于本文件。
表1符号及说明
符号 说明 单位
总响应时间 S
SPR/CS输入端(如传感器、保护装置）的响应时间 S
SPR/CS逻辑单元的响应时间 S
SPR/CS输出端的响应时间 S
机器的响应时间 S
机器容差因子相关的响应时间 S
控制系统采样时间 S
来源于人体/人体部位接近速度的参数 mm/S
在总响应时间内危险源的位置变化量 mm
与保护装置相关的触及距离 mm
距离补偿系数 mm
机器的初始速度 m/s
SPR/CS逻辑单元和输出端，以及机器的响应时间之和 S
带动力的防护装置打开到开口尺寸所需的时间 S
机器的最大加速度 m/s2
减速度（制动能力） m/s2
人体从犜。开始直至在犜1时刻接触到危险区时的位移 mm
机器从犜。开始直至在犜1时刻停止时的位移 mm
人体运动角度（相对于X轴） °
5方法学
5.1 —般要求
作为计算动态安全距离的基础，危险源的位置以及危险源的实际运动速度和制动能力（减速度）均 应已知。
5.2速度与安全监控
速度与安全监控（SSM)的主要目的是通过适当改变机器或其部件潜在危险运动的速度和轨迹，保 持最低的动态安全距离，从而实现风险减小。如果采用了速度与安全监控进行安全防护且满足以下要
2
求，则可按照第6章计算动态安全距离：
——在安全防护空间内，应能检测到出现的任何人体或人体部位；
——在安全防护空间内针对人体或人体部位的跟踪一旦失效，应立即触发可在控制范围内实现预 期风险减小的指令；
——在安全防护空间内的人体或人体部位的动态安全距离一旦不能保持，应立即触发可在控制范 围内实现预期风险减小的指令。
如果保护设备可测量人体或人体部位的接近速度，则在计算动态安全距离时可采用测得的值。否 则，应采用GB/T 19876—2012中给出的接近速度。
对于可测量接近速度的控制系统安全相关部件（SRP/CS)，其性能应确保不会削弱SRP/CS的 SSM功能。危险机器部件或机器自身的位置和速度的测量不确定度，以及人体部位自身的位置和速度 的测量不确定度都应作为距离补偿系数(Z)的一部分。
53距离补偿系数
在具体应用中，可能有必要考虑机器和安全防护装置的距离补偿系数（Z)。相关的指南见制造商 给出的使用说明书。
距离补偿系数应考虑，但不限于以下因素。
——，装置测量误差的一般补偿。
——ZR，基于反射的测量误差补偿。如果电敏保护设备（ESPE)附近有反射镜，需要考虑此类 补偿。
——移动式机械(如车辆）因离地间隙不足的补偿。一般情况下，ESPE是通过检测人体足部以 上来检测人体，并且机器的制动能力无法考虑检测点前面脚的长度，因此需要考虑此类补偿。 如果机器没有足够的离地高度，脚可能受到伤害。
——ZB，移动式机械（如车辆)减速时制动扭矩的补偿。
6动态安全距离的计算
6.1 总响应时间
动态安全距离限定了危险区的边界。该危险区可以是危险、危险点、产生危险的机器部件或机器本 身，在实现风险减小的总响应时间（T)内，因其实时位置的改变而可以达到的区域。总响应时间（了）类 似于GB/T 19876—2012中5.1给出的时间，只是增加了控制系统采样时间（^)，见公式（）。
式中：
T ——总响应时间，单位为秒
狋,——SPR/CS输人端(如传感器、保护装置）的响应时间，单位为秒（）；
狋——SPR/CS逻辑单元的响应时间，单位为秒（）；
狋。——SPR/CS输出端的响应时间，单位为秒（）；
狋M——机器的响应时间，单位为秒（）；
狋——必要时，机器容差因子相关的响应时间，单位为秒（）；
狋S ——控制系统采样时间，必要时需要考虑后续每次开始采样时的检测时间，单位为秒（）。 在相关的计算过程中，应考虑敏感保护设备制动时危险源的位置，以及基于实时速度和减速率的停 止距离。
注：停止距离为达到安全状态之前，危险、危险点、机器部件或机器移动的距离。
在危险机器功能运行期间，应以合适的时间间隔确定动态安全距离。计算的频次应包括确定达到 安全状态的总响应时间(T)。
6.2人体接近方向未知时动态安全距离的计算
人体接近方向未知时，为了实现预期风险减小，计算动态安全距离时应在总响应时间内额外增加危 险源位置的变化量（A：r)。此时，动态安全距离（S)应按公式（2)计算：
式中：
K 来源于人体/人体部位接近速度的参数，单位为毫米每秒(mm/s);
T——按照公式（1)确定的时间，单位为秒（）；
A狓 在总响应时间内危险源的位置变化量，单位为毫米（mm);
DDS——与保护装置相关的触及距离（见GB/T 19876—2012中5.2)，单位为毫米（mm);
犣——距离补偿系数(见5.3)，单位为毫米（mm)。
如果加速度和减速度已知且连续，则A狓应按照公式（3)计算得出：
式中：
狏。——机器的初始速度，单位为米每秒(m/s);
狋——SPR/CS输人端(如传感器、保护装置）的响应时间，即狋，单位为秒(s);
狋——SPR/CS逻辑单元和输出端，以及机器的响应时间之和，狋2=^+狋。+〜，单位为秒（）； 狋——带动力的防护装置打开到开口尺寸所需的时间（如果没有此类防护装置则取0)，单位为 秒（）；
amax——机器的最大加速度，单位为米每二次方秒(m/s2);
— a 减速度（制动能力），单位为米每二次方秒(m/s2)。
机器可能有最大的速度。根据采样时机器的当前速度，达到最大速度的时间可根据公式（4)计算 得出：
此外，如果amax未知，公式（3)中应采用极限加速度，此时公式（3)简化为公式（6)：
Ax ―狏
最后，如果一a未知，则减速度应取零。
当amax和一a均未知时，两种简化方式都可以使用。
另外，某些功能安全相关的标准可能给出了 Ax，或者，由于减速度（一a)取决于几个参数，可通过 测量得出Ax。应额外增加允差，且该允差不应小于测量值的10%。
对于计算得出的Ax值，应进行验证。
6.3人体接近方向已知时动态安全距离的计算
当人体接近方向已知时，动态安全距离应按照公式（7)计算得出（见图1):
式中:
SP —-人体从T。开始直至在Ti时刻接触到危险区时的位移，单位为毫米（mm)。假定人体速 度为 1.6m/s(SP = 1.6m/sXT);
SM —机器从T。开始直至在Ti时刻停止时的位移，单位为毫米（mm)。假定机器当前速度为 ~，制动能力为一“，总响应时间为了，则：
?——人体运动角度（相对于X轴），见图1;
DDS——与保护装置相关的触及距离（见GBAT 19876—2012中5.2)，单位为毫米（mm);
距离补偿系数(见5.3)，单位为毫米(mm)。
标引序号说明：
SX —人体与机器在X轴上的垂直距离；
Sy —人体与机器在Y轴上的垂直距离；
Sp——人体从T。开始直至在T1时刻接触到危险区时的位移。假定人体速度为1.6m/s(Sp = 1.6m/sXT); SM——机器从T。开始直至在T1时刻停止时的位移；
T。——安全功能被触发的时刻（在P。位置）；
T1——实现预期风险减小的时刻；因此，T = T0 + T1 ;
尸。 坐标原点；
犘1——安全功能被触发时人体所在的位置（在T。时刻）；
犘2 T。时刻危险机器所在的位置；
犘3——实现预期风险减小时，机器所在的位置；
« ——危险源相对于X轴的移动角度（简化为a=。）；
? 人体相对于X轴的移动角度；
^ 危险源与人体之间的运动夹角。
注：角度？可由机器控制系统通过感应危险源的运动方向和合适保护装置检测到的人体接近方向来确定。
图1人体接近方向已知时的动态安全距离
只要人体的运动角度(《)相对于危险源的运动角度（/?)没有重大改变，就可以采用S的最终结果。 任何情况下，一旦采样发现触及动态安全距离（S)，应立即触发停止。因此，在采样发现触及动态安全 距离（S)时，假定人体的运动轨迹在总时间内保持不变，以使系统实现安全状态。
由于人体的运动不可预测，因此，这种假设应只适用于了较小（小于100 ms)，或者人体或危险的运 动被物理屏障严格限制的情形。否则，应采用6.2给出的方法。
注：示例给出了简化的二维模型，以帮助理解。计算原理同样适用于三维模型。
参考文献
[1] ISO 11161 Safety ofmachinery —Integrated manufacturing systems—Basic requirements
[2] ISO 13849-1 ：2006 Safety of machinery —Safety-related parts of control systems—Part 1: General principles for design
[3] IEC 61496-2 Safety of machinery —Electro-sensitive protective equipment —Part 2: Particular
requirements for equipment using active opto-electronic protective devices (AOPDs)
[4] IEC 61496-3 Safety of machinery —Electro-sensitive protective equipment —Part 3: Particular
requirements for active opto-electronic protective devices responsive to diffuse reflection (AOPDDR)
[5] IEC/TR 61496-4 Safety of machinery—Electro-sensitive protective equipment—Part 4:
Particular requirements for equipment using vision based protective devices (VBPD)
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