防爆协作机器人是一种经过专门设计和认证的协作机器人，可在存在易燃气体、可燃粉尘或可燃纤维的环境中安全运行。与标准工业协作机器人不同，这些专用机器人拥有双重防爆认证——既符合国内标准（例如中国Ex标准），又符合国际标准（例如欧洲ATEX/IECEx标准）——并且防护等级达到IP68，使其适用于1区和2区危险区域。随着石油天然气、化工和军需品处理等行业寻求实现危险的人工操作自动化，防爆协作机器人正逐渐成为一种至关重要且尚未得到充分开发的自动化应用领域。
为什么危险环境需要防爆协作机器人？
问题：危险区域的体力劳动
石化厂、炼油厂、涂装车间和弹药厂的工人每天都面临着爆炸性环境的风险。在这些环境中进行的体力劳动——包括物料搬运、设备操作、表面涂装和质量检验——都存在因电火花、高温表面或静电放电而引发爆炸的固有风险。
传统的自动化解决方案在这些环境中举步维艰。标准的工业机器人并未获得危险区域认证，而为其加装防爆外壳既复杂又昂贵，而且往往不切实际。因此，许多在爆炸性环境中进行的危险作业仍然依赖于人工。
解决方案：专用防爆协作机器人
防爆协作机器人通过将危险区域防护直接集成到机器人设计中来弥补这一不足——从电机绕组和编码器到电缆接头和控制电子设备。所有可能产生火花或超过安全表面温度的组件都经过精心设计，以防止点燃。
这些协作机器人保留了协作机器人的核心优势——直观的编程、灵活的部署、人性化的交互——同时增加了特定危险区域所需的特殊保护。
了解防爆标准和认证
危险区域分类
根据国际标准（见 OSHA机器人安全标准 （以美国指南为例），爆炸性环境根据危险物质的类型和存在的可能性进行分类：
| 分类 | 描述 | 典型位置 |
|---|---|---|
| 第二区/第二组 | 爆炸性气体持续存在。 | 在储罐、容器内部 |
| 第二区/第二组 | 正常运行期间可能存在爆炸性气体环境 | 油箱开口附近，加油点 |
| 第二区/第二组 | 爆炸性气体环境不太可能出现，仅在异常情况下才会出现。 | 一般厂房区域、存储 |
防爆协作机器人通常获得 1 区和 2 区（气体环境）以及 21/22 区（粉尘环境）的认证，涵盖了加工厂和工业设施中绝大多数的部署场景。
防护方法详解
防爆认证标志用于编码所使用的具体防护方法。例如，“Ex db eb ib pxb IIC T5 Gb”这样的典型标志表示多层防护：
- db（防爆外壳）： 能够遏制任何内部爆炸，并防止其引燃周围大气。
- eb（提高安全性）： 提供更高的可靠性，防止产生火花或过热
- ib（内在安全性）： 将电能限制在点火阈值以下。
- pxb（加压密闭空间）： 保持正内压以排除爆炸性气体
- IIC： 适用于要求最苛刻的气体组（包括氢气和乙炔）
- T5： 最高表面温度为100°C——远低于大多数工业气体的燃点。
欧洲等效标记“Ex II 2G Ex db pxb IIC T4 Gb”确认符合 ATEX 指令中关于 1 区气体环境中 II 类（非采矿）设备的适用性。
双重认证：为何如此重要
领先的防爆协作机器人同时拥有国内和欧洲认证。这种双重认证意味着该产品无需额外合规工作即可在全球范围内部署——这对跨国石油天然气公司和跨监管辖区运营的EPC承包商至关重要。
防爆协作机器人产品线
全面的防爆协作机器人产品组合涵盖多种有效载荷和工作范围配置，以满足不同的应用需求：
| 型号 | Payload | 网络 | 重复性 | 最大速度 | 重量 | IP等级 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| XR6 | 6 kg | 924 毫米 | ±0.02毫米 | 3米/秒 | 21 kg | IP68 |
| XR9 | 9 kg | 1,500 毫米 | ±0.05毫米 | 3米/秒 | 37 kg | IP68 |
| XR12 | 12 kg | 1,300 毫米 | ±0.03毫米 | 3米/秒 | 36 kg | IP68 |
| XR18 | 18 kg | 900 毫米 | ±0.02毫米 | 3米/秒 | 35 kg | IP68 |
| XR20 | 20 kg | 1,800 毫米 | ±0.05毫米 | 4米/秒 | 68 kg | IP68 |
所有型号均具有 6 个自由度、EtherCAT/1KHz 控制总线，工作温度范围为 -5°C 至 55°C。在整个范围内，噪声水平保持在 60 dB 或以下。
防爆控制柜
机械臂只是系统的一部分。防爆部署需要配套的控制基础设施：
防爆控制柜： 全尺寸外壳，防护等级 IP65，配备报警指示灯和全面的 I/O 扩展功能。丰富的外部接口适用于 1 区和 2 区气体和粉尘环境。适用于需要多个数字和模拟 I/O 通道的复杂安装。
正压控制柜： 设计紧凑，防护等级IP65，易于部署。可维持内部正压，防止爆炸性气体渗入。是空间受限、占地面积小的理想选择。
两种机柜类型均支持 EtherCAT 现场总线、Modbus-TCP、RS485 通信，并提供紧急停止、安全停止、数字 I/O 和差分编码器输入。
关键应用场景
汽车加油自动化
机器人加油系统避免了人员在加油过程中接触汽油蒸汽。该协作机器人通过了防爆认证，确保其在加油机周围富含汽油蒸汽的区域安全运行，同时其高精度设计使其能够针对不同类型的车辆精准定位加油枪。
工业喷漆和粉末涂装
喷漆 粉末涂装过程中，溶剂蒸汽和可燃粉尘颗粒会产生爆炸性气体。防爆型协作机器人采用拖拽示教编程技术，使操作人员能够直观地定义喷涂路径；而虚拟现实引导编程则进一步减少了危险区域对专业技术人员的需求。
弹药和推进剂处理
弹药制造和推进剂装填涉及的材料点火阈值极低。防爆协作机器人能够以质量保证所需的精度和重复性完成灌装、组装和检测任务，同时确保与人类工人保持安全距离。
化学加工操作
在化工厂中，协作机器人可在 1 区或 2 区执行取样、阀门操作、容器清洗和物料转移等任务。其紧凑的尺寸使其能够部署在工艺装置布局中常见的狭小空间内。
极端温度协作机器人：拓展其应用范围
除了具备防爆能力外，目前还有专为极端温度环境设计的协作机器人——这在业内尚属首例。这些极端温度型号的工作温度范围为-30°C至80°C（标准型号的工作温度范围为-5°C至55°C），并具备IP68防护等级。
| 型号 | Payload | 网络 | 重复性 | 温度范围 | IP等级 |
|---|---|---|---|---|---|
| AL6 | 6 kg | 924 毫米 | ±0.02毫米 | -30°C至80℃， | IP68 |
| AL9 | 9 kg | 1,500 毫米 | ±0.05毫米 | -30°C至80℃， | IP68 |
| AL12 | 12 kg | 1,300 毫米 | ±0.03毫米 | -30°C至80℃， | IP68 |
冷链和冷冻应用
冷链物流——包括冷冻食品仓储、药品冷藏和冰淇淋生产——需要能够在持续的零下低温环境下可靠运行的机器人。标准协作机器人在低于-5°C时会出现润滑剂变稠、传感器漂移和电缆脆化等问题。而极端温度型机器人则是从设计之初就考虑到了在-30°C低温下仍能保持性能。
热锻和高温工艺
另一方面，用于热锻喷淋淬火工艺的协作机器人需要在接近 1,200°C 的工件温度下运行。一项有据可查的应用案例中，一台协作机器人在热锻过程中进行脱模剂喷涂，承受着极端的热循环、来自感应加热器的 40 kW 电磁干扰以及持续超过其额定载荷的过载——连续运行两年多而未发生故障。
危险环境下的选择考虑因素
在选择防爆型协作机器人时，除了标准选择标准外，还应考虑以下因素：
区域分类： 确认具体的危险区域分类（1 区、2 区、21 区、22 区），并确保协作机器人的防爆标志符合您的要求。
气体基团相容性： IIC认证涵盖最广泛的气体种类（包括氢气）。如果您的应用涉及要求较低的气体类别（IIA或IIB），IIC认证的设备可提供内置的安全裕度。
温度等级： 确认协作机器人的最高表面温度等级（T 级）低于工作空间中所有材料的自燃温度。
控制柜选型： 根据您的安装需求选择合适的机柜类型——对于具有广泛 I/O 的全功能安装，选择防爆型机柜；对于紧凑型部署，选择正压型机柜。
电缆布线： 危险区域的安装需要经过认证的电缆接头、导管和布线规范，以保持防爆边界的完整性。
常見問題解答
标准协作机器人可以在危险环境中使用吗？
不。标准协作机器人并非为爆炸性环境设计或认证。它们的电气元件、电机和连接器可能会产生火花或超过安全表面温度，从而造成点火风险。只有带有特定防爆认证（Ex 标志）的协作机器人才能部署在已划分的危险区域。
IP68对于防爆协作机器人来说意味着什么？
IP68 是最高的防护等级，表示完全防尘，并能承受持续浸入水中。对于防爆协作机器人而言，IP68 可确保内部电子元件与周围环境完全隔绝——在任何工作条件下，爆炸性气体或粉尘都无法进入外壳。
防爆型协作机器人与标准型协作机器人相比，成本如何？
由于采用了特殊的防护罩、经过认证的组件以及双重认证流程，防爆协作机器人比标准工业机器人价格更高。然而，必须权衡其与其他方案的成本：在危险区域使用人工的成本（包括危险津贴、培训、个人防护装备和事故风险）、改造标准机器人的不切实际性以及合规方面的负担。对于以自动化危险任务为目标的应用而言，专用防爆协作机器人通常是最具成本效益的选择。
结语
防爆协作机器人填补了工业自动化领域的一项关键空白——它将协作机器人的灵活性和易用性优势带到了标准机器人无法作业的环境中。这些专用协作机器人拥有双重认证的防护等级、IP68密封性能以及6公斤至20公斤的有效载荷选择，可随时部署于石油天然气、化工、汽车喷漆和弹药处理等行业。
对于同样面临极端温度挑战的设施而言，最新的极端温度协作机器人型号将工作范围扩展到 -30°C 至 80°C，从而释放了冷链物流和热锻工艺的自动化可能性。
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最后更新：2026 年 3 月。本文中提及的认证详情和保护标志均基于公开的产品规格和国际标准文件。