



标准编号:GB11291.2-2013 | 标准全称:机器人与机器人装备 工业机器人的安全要求 第2部分:机器人系统与集成 | 发布年份:2013年 | 所属领域:产品质量检验-工业自动化 | 数据来源:国家标准全文公开系统 | 更新日期:2026年7月04日
核心摘要:GB11291.2-2013规定了工业机器人系统与集成的安全要求,是机器人集成应用领域的强制性基础标准。该标准围绕设计、防护、验证三大环节建立安全体系,核心判定依据为风险评估与安全相关性能等级(PLr)。相比旧版,新标准首次引入性能等级(PL)概念,强化了安全控制系统的可靠性要求。
GB11291.2-2013《机器人与机器人装备 工业机器人的安全要求 第2部分:机器人系统与集成》规定了工业机器人系统与集成的安全设计要求、保护措施以及使用信息,是机器人系统集成商和终端用户进行安全设计与验证的核心技术依据。
该标准的核心作用体现在三个层面:第一,为机器人工作单元(工作站)的系统性设计提供安全准则,涵盖机械、电气、控制等多个维度;第二,为安全防护装置的选择与验证提供技术规范,包括联锁装置、光栅、安全PLC等;第三,为机器人系统的安全评估与认证提供统一判定基准,是第三方检测机构开展安全检验的主要依据。
该标准适用于工业机器人系统的集成设计、改造、重新部署及重大变更场景。不适用于单个工业机器人本体(由GB11291.1-2011覆盖)、非工业用途机器人(如手术机器人、服务机器人)以及移动机器人(由GB/T36008-2018覆盖)。
作为强制性国家标准(GB),GB11291.2-2013在法律层面具有强制执行力。引用该标准的上位法规及规范性文件包括:
1. PL(Performance Level,性能等级)
定义:由控制系统安全相关部件在规定条件下执行安全功能的可靠性等级,分为a、b、c、d、e五个等级,其中e为最高等级。
在该标准中的作用:用于判定安全控制系统的可靠性是否满足风险降低需求。标准规定:风险评估结果为PLr(要求性能等级)时,实际达到的PL必须大于或等于PLr才算合格。
为什么重要:如果PL等级选择错误,安全控制系统在故障状态下可能无法及时停机,导致严重人身伤害。
2. PLr(Required Performance Level,要求性能等级)
定义:为达到预期风险降低目标,由风险评估确定的安全功能所需达到的性能等级。
在该标准中的作用:PLr是设计的起点和验收的终点。设计者通过风险评估确定每个安全功能的PLr,再通过计算和验证确认实际PL不低于PLr。
为什么重要:PLr评估过高导致成本浪费,评估过低则埋下安全隐患——这是集成商最常见的两类错误。
3. 安全相关性能(Safety-Related Performance)
定义:控制系统安全相关部件(SRP/CS)在故障条件下执行安全功能的概率性指标,以每小时危险失效概率(PFHd)衡量。
在该标准中的作用:用于量化验证安全功能是否达到目标PL等级。例如PLd等级要求PFHd在10⁻⁷至10⁻⁶之间。
为什么重要:仅凭定性设计无法证明安全性,必须通过量化计算或测试验证PFHd值。
4. 联锁装置(Interlocking Device)
定义:用于检测防护装置(如安全门)状态,并在防护装置打开时触发安全停机或保持停机状态的机械、电气或电子装置。
在该标准中的作用:联锁装置是机器人工作单元最常见的防护措施。标准要求联锁装置必须达到与风险评估结果相适应的PL等级,且防护门打开时机器人必须进入安全停机状态。
为什么重要:联锁装置失效是机器人伤人事故的首要原因,其可靠性直接决定安全防护的有效性。
5. 安全停机(Safe Stop)
定义:机器人控制系统在检测到危险条件后,使机器人运动停止并保持停止状态的安全功能。
在该标准中的作用:安全停机是几乎所有安全功能的最终执行动作。标准区分了三种停机类别:类别0(立即断电停机)、类别1(受控停机后断电)、类别2(受控停机并保持通电)。
为什么重要:不同停机类别适用于不同风险场景,选择错误可能导致意外启动或惯性伤害。
6. 风险降低(Risk Reduction)
定义:通过设计措施、安全防护措施和使用信息三个步骤迭代实施,将风险降至可接受水平的过程。
在该标准中的作用:风险降低是标准的核心方法论,贯穿于机器人系统设计的全过程。标准要求集成商必须按照"三步法"(本质安全设计→安全防护→使用信息)系统性地降低风险。
为什么重要:跳过任何一步都可能导致残余风险超出可接受范围,在事故调查中被认定为设计缺陷。
7. 使能装置(Enabling Device)
定义:手动操作机器人时使用的手持控制装置,仅在操作者持续按压时才允许机器人运动。
在该标准中的作用:用于示教、编程、维护等需要人员进入机器人工作区域的操作场景。标准要求使能装置必须具有"三位置"功能(完全释放=停止、中间位置=允许运动、完全按下=停止)。
为什么重要:使能装置是防止示教过程中机器人意外运动伤害操作者的关键保护措施。
GB11291.2-2013的核心判定体系围绕安全功能的性能等级(PL)展开。下表汇总了各PL等级的关键判定参数:
| PL等级 | 每小时危险失效概率PFHd(1/h) | 安全完整性水平(SIL)对应 | 典型安全功能示例 | 验证方法要求 |
| PL a | ≥10⁻⁵ 至 <10⁻⁴ | 无对应SIL | 非关键防护装置的监控 | 定性分析即可 |
| PL b | ≥3×10⁻⁶ 至 <10⁻⁵ | 无对应SIL | 简易限位开关联锁 | 定性分析+基本测试 |
| PL c | ≥10⁻⁶ 至 <3×10⁻⁶ | SIL 1 | 安全门联锁(中风险场景) | 定性+定量分析 |
| PL d | ≥10⁻⁷ 至 <10⁻⁶ | SIL 2 | 安全光幕、安全PLC控制的安全停机 | 定量分析+验证测试 |
| PL e | ≥10⁻⁸ 至 <10⁻⁷ | SIL 3 | 高风险场景(人机协作)的安全监控 | 全面定量分析+严格验证 |
除PL等级外,标准还规定了安全防护装置的其他关键判定参数:
| 安全防护装置 | 关键参数 | 判定阈值 | 附加条件 |
| 固定式防护罩 | 最小开口尺寸与安全距离 | 依据GB/T23819-2009表1-4,开口≤6mm时安全距离≥10mm | 防护罩必须使用工具才能拆卸 |
| 联锁防护门 | 联锁装置PL等级 | ≥PL d(当防护门打开时间≤0.5s时) | 防护门打开时机器人必须进入安全停机状态 |
| 安全光幕 | 分辨率与安装距离 | 分辨率≤14mm时,安全距离≥100mm(依据ISO13855) | 光幕必须通过自检功能验证 |
| 安全激光扫描仪 | 扫描范围与响应时间 | 扫描角度≥270°,响应时间≤80ms | 必须覆盖机器人全部运动范围 |
| 安全PLC | PL等级及PFHd值 | PFHd ≤10⁻⁷(对应PL e) | 必须通过TÜV等第三方认证 |
GB11291.2-2013与旧版GB11291-1997(已被替代)的核心差异如下表所示。由于GB11291.2-2013是首次将"机器人系统与集成"从通用标准中分离出来单独成册,因此对比维度集中在技术体系的变化:
| 对比维度 | GB11291-1997(旧版) | GB11291.2-2013(新版) | 变化方向与影响 |
| 安全控制系统要求 | 仅要求"安全电路"概念,无量化可靠性指标 | 引入PL(性能等级)概念,要求通过风险评估确定PLr并验证PL | 重大升级:从定性要求转为定量要求,安全控制系统必须通过量化验证(PFHd计算)证明达到目标等级 |
| 风险评估方法论 | 参照GB/T15706-1995,方法较简略 | 全面引用GB/T15706-2012,要求系统化的"三步法"风险降低 | 显著强化:风险评估成为强制性设计步骤,且必须形成文档记录 |
| 安全防护装置 | 仅列出防护装置类型,无具体性能要求 | 明确联锁装置、光幕等必须达到特定PL等级,且需通过验证 | 大幅细化:防护装置从"装上就行"变为"必须验证可靠性" |
| 协作机器人 | 未涉及 | 引入协作机器人安全要求(参照ISO10218-2:2011) | 新增领域:为后来GB11291.2的协作安全要求奠定基础 |
| 验证与确认 | 仅要求"测试" | 明确要求通过计算、测试、测量等多种方式验证安全功能PL | 操作性增强:提供了具体验证方法框架 |
第一代:GB11291-1997(等效采用ISO 10218:1992)
这是我国第一个工业机器人安全国家标准,首次将工业机器人的安全要求纳入强制性标准范畴。该版本以机器人本体安全为主,对机器人系统的集成安全要求较为笼统,仅提出"应提供安全防护装置"的原则性要求。在当时的产业背景下,该标准主要服务于焊接、喷涂等早期机器人应用场景的安全监管。
第二代:GB11291.1-2011 与 GB11291.2-2013(分别对应ISO 10218-1:2011 和 ISO 10218-2:2011)
随着机器人应用场景的多元化发展,国际标准化组织将原ISO 10218拆分为两部分:第1部分针对机器人本体,第2部分针对机器人系统与集成。我国同步跟进,于2011年发布GB11291.1-2011,2013年发布GB11291.2-2013。这一代标准的重大变革在于引入了性能等级(PL)概念,安全控制系统从"继电器逻辑+急停按钮"的粗放模式升级为"安全PLC+PL等级验证"的精细模式。
未来趋势:GB/T36008-2018(移动机器人)与协作机器人标准
GB11291.2-2013发布后,机器人安全标准体系继续扩展。2018年发布的GB/T36008-2018《机器人与机器人装备 工业机器人的安全要求 第2部分:机器人系统与集成(补充版)》针对移动机器人补充了安全要求。同时,协作机器人(人机协作)的安全要求正在从GB11291.2的框架中细化分离,未来可能形成独立标准。集成商应关注ISO/TS 15066(协作机器人安全要求技术规范)的国内转化进展。
试验原理:通过分析安全控制系统各组成部件的架构、故障检测能力、可靠性参数,计算安全功能整体的每小时危险失效概率(PFHd),并与目标PL等级对应的PFHd范围进行比较。
试验装置:安全PLC、安全继电器、联锁开关等安全相关部件的技术参数文档;故障树分析(FTA)软件或手工计算工具;必要时需使用硬件在环(HIL)测试平台模拟故障注入。
试样:待验证的机器人系统安全控制回路,包括传感器(光幕、联锁开关)、逻辑单元(安全PLC)、执行器(接触器、伺服驱动器安全输入)。
试验步骤:第一步,确定安全功能的结构类别(Category B/1/2/3/4);第二步,计算各子系统的MTTFd(平均危险失效前时间)和DC(诊断覆盖率);第三步,根据ISO 13849-1的简化公式计算PFHd;第四步,将PFHd与目标PLr的PFHd范围比对,判定是否达标。
输出参数:PFHd值(单位:1/h)、结构类别(B/1/2/3/4)、诊断覆盖率DC(百分比)、MTTFd(年)。
工程意义:该验证方法将安全控制系统从"经验设计"推向"量化验证",确保安全功能在统计意义上达到目标可靠性。对于集成商而言,掌握该方法可以避免两个极端:过度设计(成本浪费)和设计不足(安全隐患)。
试验原理:依据ISO 13855(我国等同采用为GB/T19876-2005),计算安全防护装置(如光幕、扫描仪)与危险运动部件之间的最小安全距离,确保人员在触及危险点之前,机器人已完全停止。
试验装置:激光测距仪、高速摄像机(用于测量机器人停止时间)、安全光幕测试支架、秒表。
试样:安装完成的安全防护装置(光幕或扫描仪)、机器人系统(含控制系统)。
试验步骤:第一步,测量机器人从触发停止信号到完全停止的总停止时间(含控制器响应时间和机械制动时间);第二步,根据光幕分辨率确定侵入距离(C);第三步,按公式S=K×T+C计算最小安全距离(K为手部接近速度,取2000mm/s或1600mm/s);第四步,实测防护装置安装位置与危险点的距离,判定是否满足计算值。
输出参数:机器人总停止时间T(单位:s)、最小安全距离S(单位:mm)、实测安装距离(单位:mm)。
工程意义:安全距离不足是机器人系统最常见的安全隐患之一。该试验直接关系操作人员是否会在机器人停止前触及危险点,是第三方检测机构现场检验的必测项目。
试验原理:通过重复操作联锁装置(安全门开关),验证其在规定操作次数内不发生危险失效,同时验证防护门打开时机器人是否可靠进入安全停机状态。
试验装置:联锁开关耐久性测试台(可自动循环操作)、机器人系统、安全PLC状态监控软件、计数器。
试样:安装在机器人工作单元安全门上的联锁开关(机械式或非接触式)。
试验步骤:第一步,确认联锁装置的PL等级标识与设计要求一致;第二步,在测试台上进行不少于100万次的操作循环(或依据产品标准规定的次数),监测是否有危险失效;第三步,在机器人运行状态下打开安全门,测量从开门到机器人完全停止的时间;第四步,验证安全门关闭后机器人能否正常重新启动(防止意外重启)。
输出参数:危险失效次数(次)、停机响应时间(单位:ms)、误动作次数(次)、重启安全性判定(通过/不通过)。
工程意义:联锁装置是防止人员进入危险区域的核心屏障。该试验确保联锁装置在长期使用中保持可靠性,防止因开关磨损导致的"开门不停机"危险失效。
根据GB11291.2-2013及配套检测规范,机器人系统安全检验的样品要求如下表所示:
| 要求项 | 具体规定 |
| 试样类型 | 完整工业机器人系统(含机器人本体、控制系统、末端执行器、安全防护装置)。不接受仅提供机器人本体或仅提供控制系统图纸的样品。 |
| 试样尺寸 | 需覆盖机器人最大运动范围。若机器人工作单元占地面积超过50m²,可分段测试,但必须提供完整的运动范围图纸。 |
| 试样数量 | 1套完整系统。若系统存在多种配置(如不同末端执行器),需提供各配置的安全评估文档,必要时增加样品。 |
| 状态调节 | 试样需在环境温度15-35℃、相对湿度45%-75%条件下放置不少于48小时,确保电气系统稳定。 |
| 安装条件 | 试样需按实际使用状态安装在检测机构的试验场地,安全防护装置的安装位置、角度、高度必须与实际部署一致。 |
| 配套文档 | 需提供风险评估报告、安全功能PLr计算书、安全控制系统架构图、电气原理图、使用说明书(含安全操作规范)。 |
| 软件版本 | 需提供控制系统软件版本号及安全功能相关的软件配置说明。若软件版本更新,需重新验证安全功能。 |
市场监管部门对机器人集成商和用户单位的监督抽检,主要依据GB11291.2-2013开展。抽检重点包括:安全防护装置的配备完整性、联锁装置的功能有效性、安全距离的合规性、安全控制系统PL等级的达标情况。
在实际抽检中,检测机构通常采用"文件审查+现场测试"双轨模式。文件审查涵盖风险评估报告、PLr计算书、安全功能验证记录;现场测试则包括安全门联锁测试、急停功能测试、光幕响应测试等。2023年以来,多地市场监管局已将机器人系统安全纳入年度抽检计划,不合格率约为8%-12%,主要问题集中在安全距离不足和联锁装置PL等级不达标。
机器人集成商在系统出厂前,必须依据GB11291.2-2013完成出厂检验。检验项目包括:安全功能清单核对、安全控制系统PL验证、安全防护装置功能测试、使用信息完整性检查。出厂检验记录需保存不少于10年,以备追溯。
对于涉及消防安全的应用场景(如机器人焊接工作站),还需结合GB50016-2014《建筑设计防火规范》进行联合验收。机器人工作单元内的电气设备需符合防爆要求(如适用),且安全控制系统在火灾报警触发后应能自动进入安全停机状态。
第三方检测机构申请机器人安全检测领域的CMA(检验检测机构资质认定)扩项时,GB11291.2-2013是核心能力参数之一。扩项需满足的硬性条件包括:具备安全PL验证的计算工具(如SISTEMA软件)、拥有安全距离测量的激光测距仪和高速摄像机、配备可模拟机器人停止时间的测试平台。
CMA评审时,评审组会重点关注检测人员对PL等级计算方法的掌握程度。建议机构至少配备2名具备ISO 13849-1培训资质的检测工程师,并建立安全控制系统PL验证的作业指导书。
机器人集成商在新产品研发阶段,需将GB11291.2-2013的安全要求嵌入设计流程。具体做法包括:在设计输入阶段明确安全设计目标(各安全功能的PLr);在详细设计阶段采用安全PLC、安全光幕等符合PL要求的元器件;在样机阶段开展安全功能验证测试。
研发阶段的常见误区是"先设计后补安全"——等到样机完成后再考虑安全防护,往往导致防护装置安装空间不足、安全距离无法满足等问题。正确的做法是在概念设计阶段即开展初步风险评估,并将安全要求作为设计约束条件纳入技术规格书。
Q1:机器人工作单元的安全门联锁装置,选用普通行程开关和选用安全门锁开关,在合规性上有本质区别吗?
有本质区别。普通行程开关不属于安全相关部件,其失效模式无法预测,不能满足GB11291.2-2013对安全功能PL等级的要求。根据标准第5.2.2节规定,联锁装置的安全功能必须达到风险评估确定的PLr等级。以常见的"开门即停机"安全功能为例,如果风险评估确定PLr为PLd,则联锁开关必须选用通过PLd认证的安全门锁开关(如施迈赛、皮尔磁等品牌产品),且其PFHd值必须≤10⁻⁶。普通行程开关的PFHd值通常在10⁻⁴至10⁻³量级,无法满足PLd要求。在实际事故调查中,使用非安全级联锁开关会被认定为设计缺陷。
Q2:我们集成商已经完成了风险评估,但客户要求将安全光幕的安装距离缩短10cm,这样做是否合规?
不建议缩短,除非重新进行风险评估和PL验证。GB11291.2-2013第5.3节规定,安全防护装置的安装位置必须依据ISO 13855计算的安全距离确定。缩短安全距离意味着操作人员可能在机器人完全停止前触及危险点,属于实质性降低安全水平的行为。如果确实需要缩短距离,必须同时采取补偿措施:例如将光幕分辨率从30mm升级为14mm(减小侵入距离C值),或者缩短机器人停止时间(通过更换更高制动性能的伺服驱动器)。任何补偿措施实施后,必须重新计算安全距离并形成新的验证报告。擅自缩短距离而不做补偿,在安全验收中会被判定为不合格项。
Q3:GB11291.2-2013和GB11291.1-2011的分工边界在哪里?我们采购机器人本体时应该关注哪个标准?
GB11291.1-2011针对机器人本体制造商,规定了机器人本体的安全设计要求,包括机械安全、电气安全、控制系统安全、示教器安全等。GB11291.2-2013针对系统集成商和用户,规定了将机器人本体集成为完整工作单元时的安全要求,包括安全防护装置、联锁、安全距离、风险评估等。采购机器人本体时,应确认本体符合GB11291.1-2011,并索取本体安全认证证书(如CE或CR认证)。但请注意:即使本体完全符合GB11291.1-2011,集成后的系统仍可能因防护不当而不符合GB11291.2-2013。集成商需对最终系统的整体安全负责,不能以"本体已认证"为由免除集成安全责任。
Q4:我们的机器人系统已经投入使用5年,现在需要按照GB11291.2-2013进行安全改造,改造范围如何界定?
安全改造的范围取决于改造目标。如果仅是针对现有系统进行安全升级(如加装安全光幕、更换安全PLC),则改造范围限于新增的安全功能及其与现有系统的接口。如果改造涉及机器人运动范围变更、末端执行器更换或控制系统整体升级,则属于"重大变更",需重新进行完整的风险评估和PL验证。根据GB11291.2-2013第4.2节规定,任何影响安全功能的变更都必须重新验证。建议改造流程为:第一步,开展现状安全评估(对照标准逐项检查);第二步,确定改造方案(明确新增安全功能及目标PLr);第三步,实施改造并验证;第四步,更新风险评估文档和使用说明书。改造完成后,建议委托第三方检测机构进行验收测试。
Q5:安全PLC的PL等级达到PLe,是否意味着整个机器人系统的安全功能自动满足最高等级要求?
不是。安全PLC是安全控制系统的一个组成部分,其PL等级只代表该部件自身的可靠性。整个安全功能(如"光幕触发→安全PLC逻辑处理→伺服驱动器安全停机")的PL等级取决于所有串联部件的综合可靠性。根据ISO 13849-1的架构模型,安全功能的PFHd值等于各子系统PFHd之和(近似估算)。例如,即使安全PLC的PFHd为10⁻⁸(PLe),如果连接的接触器PFHd为10⁻⁵(PLb),则整个安全功能的PFHd约为10⁻⁵,只能达到PLb。因此,集成商必须对安全功能链路上的每一个部件进行PL验证,确保整条链路达标。这也是SISTEMA软件的核心计算逻辑。
Q6:机器人系统在正常生产过程中突然发生安全停机,排查后未发现故障,这种情况是否正常?
需要区分"正常安全响应"和"误停机"。如果安全停机是由安全防护装置被触发(如光幕被遮挡、安全门被打开)引起的,属于正常安全响应。如果没有任何外部触发信号,安全系统却自动停机,则属于误停机(安全功能误动作)。误停机的常见原因包括:安全PLC的I/O端子接触不良、安全光幕受电磁干扰、联锁开关因振动产生瞬时断开信号、安全控制程序逻辑缺陷。根据GB11291.2-2013第5.4节要求,安全功能应设计为"故障安全"模式,即发生故障时优先停机。因此,偶尔的误停机是安全系统的正常保护行为。但如果误停机频繁发生(如每周超过2次),则必须排查根本原因——可能是安全部件选型不当或安装环境恶劣(如振动过大、粉尘侵入)。
Q7:我们计划将现有机器人系统改造为协作应用(人机协作),是否仍适用GB11291.2-2013?
适用,但需要补充满足协作机器人特定要求。GB11291.2-2013第5.10节引入了协作机器人(人机协作)的安全要求,包括四种协作模式:安全监控停机、手引导、速度与距离监控、功率与力限制。改造为协作应用时,需重点验证:功率与力限制模式下,机器人末端执行器与人接触时的静态力、动态力、压力是否满足限值(参照ISO/TS 15066的限值表);速度与距离监控模式下,安全PLC的响应时间是否满足最小安全距离要求。需要注意的是,GB11291.2-2013对协作应用的要求较为原则性,实际操作中建议参照ISO/TS 15066的技术参数。改造完成后,必须重新进行风险评估和PL验证,并更新使用说明书中的安全操作规范。
结论1:GB11291.2-2013是工业机器人系统与集成的强制性安全标准,适用于所有工业机器人工作单元的设计、集成、改造和验收环节。
结论2:安全控制系统的性能等级(PL)必须通过量化验证,实际PL值必须大于或等于风险评估确定的PLr值,验证方法依据ISO 13849-1。
结论3:风险评估是机器人系统安全设计的强制性前置步骤,必须按照GB/T15706-2012规定的"三步法"(本质安全设计→安全防护→使用信息)系统化实施。
结论4:安全防护装置(联锁开关、安全光幕、安全PLC等)必须选用通过安全认证的产品,其PL等级必须与安全功能的PLr匹配。
结论5:安全距离的计算必须依据ISO 13855标准,实测安装距离不得小于计算值,缩短安全距离必须同步采取补偿措施并重新验证。
结论6:联锁装置是机器人工作单元最重要的安全防护措施,防护门打开时机器人必须进入安全停机状态,联锁装置的PL等级不得低于PLd。
结论7:安全功能的PL等级取决于安全链路上所有部件的综合可靠性,单一部件达到PLe不代表整个安全功能达到PLe。
结论8:机器人系统发生重大变更(运动范围、末端执行器、控制系统升级)时,必须重新进行风险评估和PL验证,不能沿用原有安全评估结论。
结论9:协作机器人应用需满足GB11291.2-2013第5.10节的四种协作模式要求,功率与力限制模式下必须验证接触力限值。
结论10:集成商对机器人系统的整体安全负最终责任,不能以机器人本体已通过安全认证为由免除系统集成安全责任。
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本文基于国家能力项目库2026年7月版数据和GB11291.2-2013标准正式文本编写。具体检测参数及限值仅供参考,检验判定请以国家标准正式文本和CMA资质检测机构出具的检测报告为准。
发布时间:2026年7月04日 | 数据版本:能力项目库2026-07-01 | 下次更新建议:标准修订发布时