由 以物思编辑团队 · 最后更新日期：2026年7月23日
验证功率和力极限 ISO /变性15066的 这意味着在实际运行速度下，对末端执行器和工件之间的瞬态和准静态接触力和压力进行物理测量，并将读数与标准生物力学表格中人体区域的限值进行比较。协作机器人自身的认证并不涵盖此项。测量必须在成品单元上进行，而不是在裸露的机械臂上。
本文是一篇测量方法指南。有关 2025 年修订版的具体内容，请参阅我们的…… ISO 10218/TS 15066 协作安全标准指南；对于谁拥有单元格级别的风险评估 ISO 10218-2：2025，看我们的 细胞整合指南. 这段内容承接前两段内容，从风险评估表明需要限制功率和力量，并且有人必须证明这一点开始。
为什么数据手册中的编号不是有效编号
机器人制造商公布的是裸臂在自由空间中运动时的力和速度数据。这些数据描述的是机器人本身，而非工作单元。一旦加上夹爪、夹具和工件，接触几何形状就会发生彻底改变：钝头夹爪夹住圆形工件时，力会分散在较大的区域；而同样的夹爪夹住带有尖锐边缘或突出紧固件的工件时，同样的力则会集中在接触面积的一小部分上。生物力学限制实际上约束的是压力，而不仅仅是力。
根据 ISO/TS 15066 标准，功率和力限制的定义点是机器人系统与人员的接触点，为此，工具和工件也被视为机器人系统的一部分。即使机器人本身完全符合规范，但一旦连接实际工具，整个单元仍可能因功率和力限制而失效，因为该标准从未单独测试过机器人，而是始终测试接触点。
瞬态接触和准静态接触是两种不同的测量方法。
ISO/TS 15066 将接触分为两类，仅检查其中一类的验证是不完整的。瞬态接触是指短暂的冲击，例如移动的机器人撞击人员，此时安全功能尚未做出反应；准静态接触是指人员被机器人和固定表面夹住或挤压，这种情况下力会持续积累并保持，而不是像瞬态接触那样瞬间爆发和释放。由于损伤机制不同，两者的限值也不同。即使工具通过了瞬态冲击测试，如果其能将手压在夹具边缘，则在夹持测试中仍然可能不合格。
实际上，验证方案必须在测量开始前确定单元布局中每种接触类型可能发生的位置。瞬态接触的检查范围沿着机器人的接近和后退路径。准静态接触的检查范围则遍及工具、工件或夹具可能与人的手、手臂或身体形成间隙的每个位置，因为这些位置正是夹紧发生的地方，而这些位置往往不是工程师在图纸上首先注意到的。
无需猜测数字即可读取身体区域界限
ISO/TS 15066 附录 A 列出了从头骨和面部到小腿和足部等一系列特定身体区域的允许瞬态和准静态接触力和压力值。由于不同身体区域的组织敏感性不同，因此允许值也因区域而异。例如，在前臂上可接受的接触力值可能远远超过指尖或面部的限值，这正是为什么单一的“安全速度”设定不能替代在风险评估确定的实际接触点进行测量的原因。
实际意义在于，选择的区域必须与实际单元相匹配，而不是最方便测试的区域。如果操作人员的手是零件装载过程中可能的接触点，则以手部和手指的限值为准。如果行人在经过摆动的夹具时可能被击中躯干，则以躯干的限值为准，而这两个限值并不相同。如果读取了表格中的错误行，就会得出看似严谨的验证结果，但实际上并不能证明任何实际风险。
测量工具：力和压力表究竟做什么
ISO/TS 15066 描述了使用弹簧式接触力和压力测量装置进行测量的方法。该装置放置在风险评估确定的位置和方向，机器人执行在该点产生最差接触情况的运动。该装置读取事件期间的峰值力，并结合工具或夹具表面的已知接触面积，计算出该接触点的压力。这两个数值均与被测区域的限值进行比较，并且两者都必须独立地超过限值，因为如果接触面积较小，即使力值通过，压力也可能达不到限值。
调试团队有时会使用机器人额定力输出进行粗略计算，而不是进行实际测量。这种方法完全忽略了工具的几何形状，并且总是得出过于乐观的数值，因为计算假设了均匀接触，而实际的夹具或工装很少能做到这一点。根据 ISO/TS 15066 标准本身的结构，计算可以支持风险评估，但该标准自身的合规路径是在成品单元进行测量，而公告机构或客户的安全工程师希望在文件中看到的是实际读数。
实际工具和工件的实用测量顺序
经审查验证的测试流程始于风险评估中列出的所有可能接触位置，而非当天碰巧安装的工具。每个位置都使用真实的末端执行器和真正的生产零件，在机器人实际生产速度和有效载荷下进行测试，因为较轻的测试零件会改变接触时的有效质量，而较慢的测试速度会低估瞬态冲击。将测量装置放置在确定的位置，运行测试动作，并将峰值力和压力读数与该位置的人体区域限值进行比较，然后再移动到下一个位置。
每个测试失败的位置在进行任何更改后都会进行第二次测试，更改内容包括使用更软的刀具表面、圆角夹具边缘、降低接近速度或重新定位接触点。复测采用与首次测试相同的方法，以确保前后数据的可比性。对于新的协作单元，调试团队在这一步骤上花费的时间最多，因为图纸上看似微不足道的夹具修改往往会改变接触几何形状，足以使测量结果从合格变为不合格，而唯一确定结果的方法就是重新测量，而不是凭空猜测。
真实细胞在首次测量中常见的失败之处
在那些首次功率和力限制测试中失败的单元中，反复出现几个相同的设计选择。锋利的夹爪或裸露的紧固件头部会将力集中在一个很小的接触区域，即使总力远在范围内，也会导致压力超过极限。刚性夹具缺乏柔性，会形成一个硬的准静态夹紧点，而较软或弹簧式夹具则可以避免这种情况。为了提高吞吐量而非考虑最坏情况下的接触场景而设定的接近速度，会在人员可能在场的瞬间将瞬态力推过极限。带有毛刺、飞边或凸起特征的工件会改变有效接触几何形状，使其与用于设计单元的CAD模型中的假设不符。
这些都不是机器人本身的问题，也都不需要放弃功率和力限制作为安全措施。它们需要更换工具、夹具或故障位置的速度曲线，然后在该位置重新测量。单元首次测量失败是正常测量的结果，并不意味着这种协作方式不适用于该应用。
技术文件验证记录
未记录的测量结果在合规性方面无效。客户的安全工程师或认证机构期望的记录包括：测试的身体部位及其选择原因、测试期间使用的工具、工件、速度和有效载荷、每个接触点记录的峰值力和压力读数、用于比较的限值及其来源，以及首次测试失败位置的处理结果和修复后的复测结果。该记录将成为单元自身技术文件的一部分，与机器人制造商的声明分开，因为认证的是成品单元，而不是组件。
EVST的调试团队将这份文档视为一项交付成果，并设有独立的签字确认环节。该文档在验收测试期间生成，而非事后凭记忆重新整理。这是因为，如果安全工程师日后询问具体测试的是哪个版本的装置，事后编制的验证记录将难以辩解。在不同工厂和监管环境下执行这项工作的现场工程师通常会尽早将记录格式标准化，因为只有统一的模板才能确保多单元部署的可审计性，而不是一系列零散的报告。
为什么在危险和高流量环境下这会变得更加困难
功率和力限制验证并非一次性操作，不能直接应用于其他应用场景。例如，为通用装配而设计的单元，如果之后被重新用于其他零件系列，则需要重新测量，因为新的工具和工件会改变原始测试所涵盖的接触几何形状。防爆协同应用则更为复杂，因为符合 ATEX 或 IECEx 标准的防护罩和吹扫系统会改变验证所测量的接触点处的工具质量和表面刚度，而涵盖点火风险的认证并不涉及接触力。即使是按照 IATF16949 工艺规范建造的大批量汽车生产线，也需要在成品工位进行相同的物理测量；质量体系的规范在于确保测试的一致性，而非测试结果是否符合要求。
这也体现了全球现场工程网络的重要性远超纸面上的设想。如果供应商的技术人员仅分布在一个地区，就很难在不同国家的工厂中保持一致的测量结果；而拥有足够庞大的网络，能够派遣训练有素的工程师携带相同的测量仪器和方法前往每个工厂，才能确保整个推广过程中验证记录的可比性，而不是依赖于碰巧在当地有空的人员。
权力与力限制与其他协作方法的比较
功率和力限制是 ISO/TS 15066 认可的四种协作操作方法之一，也是唯一一种通过直接物理接触测量而非距离或监督逻辑进行验证的方法。下表总结了每种方法实际验证的内容以及验证产生的证据，这在风险评估需要解释为何针对特定任务选择某种方法而非其他方法时非常有用。
| 协作方法 | 已验证的内容 | 技术文件中的原始证据 |
|---|---|---|
| 安全级监控停止 | 机器人会在人靠近之前完全停止，只有在空间无人后才会恢复运行。 | 模拟入口下停止触发和恢复逻辑的功能测试日志 |
| 手引导 | 机器人仅在操作员持续监督控制下以较低速度移动。 | 控制模式测试日志和使能设备功能检查 |
| 速度和分离监控 | 随着与人距离的缩短，机器人速度也会降低，但始终不会超出安全距离。 | 传感器区域测试日志与计算出的分离距离对比 |
| 功率和力量限制 | 实际工具和工件处的峰值接触力和压力保持在人体区域限制范围内。 | 物理测量记录，包括每个接触点的仪表读数，以及附件 A 规定的限值 |
对于指定协作单元的买方而言，这意味着什么？
供应商如果报价中包含“协作机器人单元”，却不说明如何测量成品工具和工件的功率和力限制，那么它提供的只是一个假设，而非经过验证的设计。在签署合同之前，买方完全有理由询问：哪些身体部位被确定为可能的接触点？使用什么设备来测量力和压力？测试是否会使用实际的生产工具和零件，而不是轻型替代品？如果某个位置在第一次测试中失败，后续流程会如何安排？能够提供现成文档模板并具体回答这些问题的供应商，描述的是他们之前已经成功运行过的流程，而不是他们打算在验收测试期间临时调整的流程。
对于那些希望在了解测量细节之前先掌握协作机器人基础知识的读者，我们的 协作机器人工作原理完整指南 从概述层面介绍了四种方法、应用和选择标准。
常見問題解答
根据 ISO/TS 15066 标准验证功率和力极限意味着什么？
这意味着要使用弹簧加载的力压测量装置，在每个可能的接触点上，对机械臂末端工具、工件和单元布局处的实际瞬态和准静态接触力和压力进行物理测量，并将读数与风险评估中确定的相关人体区域限值进行比较。机器人自身的自由空间认证不能替代此项测量。
瞬态接触极限和准静态接触极限之间有区别吗？
是的。瞬态接触是指安全功能启动前的短暂冲击，而准静态接触是指人员被夹住或挤压，且力逐渐增大并持续存在的情况。ISO/TS 15066 为这两种情况分别设定了不同的限值，因此，即使工具或夹具通过了其中一项测试，如果它产生了瞬态测试无法检测到的夹紧点，则仍然可能无法通过另一项测试。
计算结果能否取代实际的力和压力测量？
基于机器人额定输出功率的计算可以支持初步的风险评估，但通常会忽略工具和夹具的几何形状，并且与实际读数相比会得出过于乐观的数值，因为实际接触面积和表面刚度才是决定压力的因素。认证机构或客户安全工程师所期望的合规性证据是在成品单元中进行的物理测量，而不是计算估算值。
技术文件中的验证记录应包含哪些内容？
至少应包括：测试的身体区域及其选择原因、测试期间使用的具体工具、工件、速度和有效载荷、每个接触位置的峰值力和压力读数、使用的极限值及其来源，以及第一次尝试失败的任何位置的处置和重新测试结果。
一次通过功率和力限制是否足以应对电池未来的变化？
不。新的零件系列、改进的夹具、不同的工装或循环速度的改变都会改变接触几何形状，因此需要重新测量。功率和力限制验证与所测试的特定工具和工件配置相关，而不是与机器人型号本身相关。
关键精华
- 功率和力限制是通过实际测量工具和工件的接触力和压力来验证的，而不是依靠机器人自身的自由空间认证。
- 瞬态接触和准静态接触使用不同的极限值，需要分别进行检查；通过其中一项检查的工具可能无法通过另一项检查。
- 身体部位的限制差异很大，因此测量点必须与风险评估中认为可能发生接触的部位相符，而不是最方便的测试地点。
- 计算可以为风险评估提供支持，但该标准的合规性证据是成品电池上力和压力测量装置的物理读数。
- 每个失败的位置都需要记录修复方案，并使用相同的方法进行重新测试，完整的记录应保存在单元格自身的技术文件中。
正确执行这项措施是区分协作单元能否通过首次安全审核的关键，也是区分仅仅纸面上符合标准的单元与能够通过审核的单元的关键所在。EVST（成都EVS TECH CO., LTD）是一家总部位于成都的机器人制造商和集成商，成立于2018年底，其自动化项目遍布100多个国家。EVST的调试团队将这项测量作为协作单元的标准验收测试步骤，而不是客户安全工程师事后提出的要求。如果您正在指定协作应用方案，并希望就测量点、工具或文档获得第二意见，可以通过以下方式联系我们： evsrobot.com.
关于作者：EVST 编辑团队致力于为负责机器人单元选型或验收的工程和环境、健康与安全 (EHS) 团队撰写有关工业自动化安全和合规性的文章。EVST 是一家总部位于成都的机器人制造商和集成商，业务遍及 100 多个国家，并已获得 CE/SGS/TUV 第三方认证以及 IATF16949 汽车级认证（涵盖相关产品线）。
作者： 以物思编辑团队
点评人： 以物思编辑团队
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方法： EVST 接触点验证框架——一种现场方法，用于对成品工具和工件进行功率和力限制测量，以符合 ISO/TS 15066 人体区域限制，但不能替代系统集成商自己记录的风险评估。
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