【产学研视点】机器人技术标准体系构建：规范研发、安全与应用的核心支撑

摘要 本文探讨机器人技术标准体系构建。开篇阐述机器人技术在多领域的迅猛发展，点明标准体系构建的迫切性。接着分析构建标准体系对规范研发流程、保障安全及拓展应用的重要意义。详细介绍标准体系涵盖的基础、安全、性能、接口通信等类别。剖析国内体系构建的进展与挑战，阐述国际标准制定中的参与情况。最后对未来趋势作出展望，强调持续完善标准体系对机器人产业发展的关键推动作用。

关键词：机器人技术；标准体系；研发规范；安全保障；应用拓展

一、引言

在科技飞速发展的当下，机器人技术已成为全球瞩目的焦点领域。从工业生产线上高效作业的工业机器人，到为人们生活提供贴心服务的家用机器人，再到在危险环境中执行特殊任务的特种机器人，机器人正以前所未有的速度融入各个行业与日常生活。据国际机器人联合会（IFR）相关数据显示，近年来全球机器人市场规模持续快速增长，应用领域不断拓展。

然而，在机器人技术蓬勃发展的背后，一系列问题逐渐凸显。由于缺乏统一、完善的技术标准体系，不同企业研发生产的机器人在性能、质量、安全性以及兼容性等方面存在显著差异。这给用户的选择与使用带来诸多困扰，阻碍了机器人市场的健康发展，在一定程度上限制了机器人技术的进一步创新与推广。因此，构建科学、全面、完善的机器人技术标准体系迫在眉睫，这对于规范机器人研发、保障使用安全以及拓展应用范围具有至关重要的意义，是推动机器人产业持续、稳定、高质量发展的核心支撑。

二、机器人技术标准体系构建的重要意义

2.1 规范研发流程，提高研发效率

机器人研发涉及机械、电子、控制、计算机、人工智能等多学科知识与技术，研发流程极为复杂。统一的标准体系能为研发人员提供明确的指导与规范，涵盖从需求分析、设计开发、测试验证到产品定型的各个环节。例如在设计环节，标准可对机器人的结构设计、材料选择等作出明确规定，使研发人员无需在这些基础问题上重复摸索，将更多精力投入到核心技术创新上，从而大幅提高研发效率，缩短研发周期，降低研发成本。以某知名机器人企业为例，在遵循相关标准体系进行研发后，新产品研发周期缩短了约 20%，研发成本降低了 15% 左右。

2.2 保障机器人的安全性与可靠性

机器人广泛应用于工业生产、医疗、服务等众多领域，其安全性与可靠性直接关系到人员生命安全、财产安全以及生产生活的正常运转。标准体系对机器人的安全设计、防护装置配备、故障检测与处理等方面提出严格要求，能有效降低机器人在使用过程中出现故障或事故的风险。如在工业机器人领域，标准规定了机器人必须具备完善的急停系统、防护栏等安全设施，大大提高了工业生产的安全性。据统计，在严格执行相关安全标准后，工业机器人相关事故发生率降低了约 30%。

2.3 促进机器人的广泛应用与市场拓展

不同行业、不同用户对机器人的功能、性能等有着多样化需求。完善的标准体系使机器人能够更好地满足这些需求，增强其在各领域的适用性。一方面，标准对机器人的功能模块、接口等进行统一规范，便于机器人与其他设备、系统集成，拓展应用场景；另一方面，标准化的产品更易获得用户信任，降低用户使用门槛，促进机器人市场的拓展。例如在物流行业，标准化的物流机器人能够更便捷地与自动化仓储系统、运输设备集成，提高物流运作效率，推动物流行业智能化发展。

三、机器人技术标准体系的主要内容

3.1 基础标准

基础标准是整个机器人技术标准体系的基石，主要涵盖机器人的术语定义、分类、图形符号等。统一的术语定义避免了在研发、生产、使用过程中因概念混淆产生的沟通障碍与误解。明确的分类标准有助于对不同类型机器人进行针对性研发、管理与应用。例如，根据应用领域，机器人可分为工业机器人、服务机器人、特种机器人等；根据运动方式，可分为轮式机器人、履带式机器人、关节式机器人等。规范的图形符号则使机器人相关设计图纸、操作手册等更易于理解与识别，提高工作效率。

3.2 安全标准

安全标准是机器人技术标准体系的关键组成部分。其内容包括机器人的电气安全、机械安全、辐射安全以及操作安全等方面。在电气安全方面，规定了机器人电气系统的绝缘性能、接地要求、电磁兼容性等，防止电气故障引发火灾、触电等事故。机械安全标准对机器人的结构强度、运动部件防护、碰撞检测与避免等作出详细规定，避免机器人在运行过程中对人员造成机械伤害。例如，要求机器人关节处必须配备防护装置，防止人员肢体卷入。辐射安全标准针对部分具有辐射源的机器人，如医疗放射性检测机器人，对其辐射剂量、防护措施等进行严格管控，保障人员健康。操作安全标准则涵盖机器人操作流程、人员培训、应急处理等方面，规范人员操作行为，降低操作风险。

3.3 性能标准

性能标准用于衡量机器人的工作能力与质量水平。主要包括机器人的运动性能、负载能力、定位精度、重复定位精度、工作速度等指标。运动性能标准规定了机器人关节运动范围、运动速度、加速度等参数，确保机器人能够按照预定轨迹准确运动。负载能力标准明确了机器人在不同工况下能够承受的最大负载，为用户选择合适机器人提供依据。定位精度与重复定位精度是衡量机器人运动准确性与稳定性的重要指标，对于精密加工、装配等应用场景至关重要。例如，在电子芯片制造领域，要求机器人的定位精度达到微米级。工作速度标准则根据不同应用需求，对机器人完成特定任务的时间作出规定，影响着生产效率。

3.4 接口与通信标准

随着机器人应用场景的日益复杂，机器人与外部设备、系统之间的协同工作需求不断增加，接口与通信标准的重要性愈发凸显。该标准主要包括硬件接口标准与通信协议标准。硬件接口标准对机器人与外部设备连接的接口形式、尺寸、电气特性等进行统一规范，确保不同品牌、型号的设备能够实现物理连接。如常见的工业机器人末端执行器接口标准，使各种工具能够方便快捷地安装在机器人上。通信协议标准规定了机器人与外部设备、控制系统之间数据传输的格式、速率、通信方式等，实现数据的准确、高效传输。例如，工业以太网通信协议在工业机器人领域得到广泛应用，能够满足实时性、大数据量传输的需求，实现机器人与生产线其他设备的协同作业。

3.5 应用标准

应用标准是针对不同行业、不同应用场景制定的机器人技术标准。由于各行业对机器人的功能、性能、环境适应性等要求差异较大，应用标准能够使机器人更好地满足特定行业需求。在工业领域，针对汽车制造、电子制造、物流仓储等不同生产环节，制定了相应的机器人应用标准。如汽车焊接机器人应用标准，对机器人的焊接工艺、焊缝质量、工作节拍等提出具体要求。在服务领域，针对医疗护理机器人、家用服务机器人、餐饮服务机器人等，制定了包括卫生标准、人机交互标准、服务流程标准等内容。例如，医疗护理机器人应用标准对机器人的消毒方式、与患者接触部位的材质要求、医疗数据处理规范等进行明确规定，保障医疗服务质量与安全。在特种领域，如消防救援机器人、水下作业机器人、太空探索机器人等，应用标准则侧重于机器人在特殊环境下的适应性、可靠性以及执行任务的能力。例如，消防救援机器人应用标准要求机器人具备耐高温、防爆、强机动性等特性，能够在复杂危险的火灾现场执行侦察、灭火、救援等任务。

四、国内外机器人技术标准体系的现状与发展

4.1 国外机器人技术标准体系的发展情况

欧美、日本等发达国家和地区在机器人技术研发与应用方面起步较早，在机器人技术标准体系建设方面也处于领先地位。

国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）在全球机器人标准制定中发挥着重要引领作用。ISO 制定的机器人相关标准涵盖机器人的术语、安全、性能测试等多个方面，如 ISO 10218 系列标准是关于工业机器人安全要求的重要标准，对全球工业机器人安全标准的制定与实施产生了深远影响。IEC 则主要侧重于机器人的电气安全、电磁兼容性等电气相关标准的制定。

美国在机器人技术研发与应用方面实力雄厚，其机器人标准体系较为完善。美国机械工程师协会（ASME）、电气与电子工程师协会（IEEE）等组织制定了众多机器人相关标准。ASME 制定的机器人安全标准，对机器人在设计、制造、安装、操作等环节的安全要求进行了详细规定，具有很高的权威性。IEEE 在机器人智能控制、通信技术等方面的标准处于世界前沿水平，推动了机器人智能化发展。

日本作为机器人产业大国，在机器人技术标准制定方面也成果丰硕。日本机器人协会（JARA）积极组织企业、科研机构开展机器人标准制定工作，其制定的标准紧密结合日本机器人产业发展实际，注重实用性与可操作性。例如，在服务机器人领域，日本制定了一系列关于人机交互、功能设计等方面的标准，推动了服务机器人在日本的广泛应用与普及。

4.2 国内机器人技术标准体系的建设现状

近年来，随着我国机器人产业的快速发展，政府、行业协会、企业及科研机构高度重视机器人技术标准体系建设，取得了显著进展。

在国家标准层面，国家标准化管理委员会批准成立了全国机器人标准化技术委员会（SAC/TC591），负责统筹协调我国机器人标准制定工作。目前，我国已发布了一系列机器人相关国家标准，涵盖基础通用、安全、性能、应用等多个领域。例如，GB/T 12643-2013《机器人与机器人装备 词汇》统一了我国机器人领域的术语定义；GB 11291.1-2011《工业机器人安全规范 第 1 部分：机器人》对工业机器人的安全要求作出详细规定。

在行业标准方面，工业和信息化部等相关部门积极推动各行业机器人标准制定。如在工业领域，制定了一系列针对工业机器人设计、制造、应用的行业标准，促进了工业机器人在我国制造业中的广泛应用与产业升级。在服务机器人领域，也出台了一些行业标准，规范了服务机器人的功能、性能、安全等方面要求，推动服务机器人市场健康发展。

我国积极参与国际机器人标准制定工作，加强与国际标准化组织及其他国家在机器人标准领域的交流与合作，提升我国在国际机器人标准制定中的话语权。例如，在 ISO 机器人标准化技术委员会中，我国专家积极参与多个工作组的标准制定工作，将我国机器人技术发展的成果与经验融入国际标准中。

我国机器人技术标准体系建设仍面临一些挑战。一方面，与发达国家相比，我国机器人技术标准在数量与质量上仍存在一定差距，部分关键领域标准缺失，需要进一步加快标准制定步伐，提高标准水平。另一方面，随着机器人技术的快速发展与应用场景的不断拓展，新的技术与应用需求不断涌现，对标准的时效性与适应性提出了更高要求，需要建立更加灵活、高效的标准更新机制，及时跟踪技术发展动态，修订完善相关标准。

五、机器人技术标准体系构建的未来发展趋势

5.1 与新兴技术融合推动标准创新

随着人工智能、大数据、云计算、物联网等新兴技术与机器人技术的深度融合，机器人的智能化、自主化、网络化水平不断提高，这将促使机器人技术标准体系不断创新发展。在人工智能与机器人融合方面，需要制定关于机器人智能算法、机器学习模型评估、人机协作智能交互等方面的标准，以规范智能机器人的研发与应用。例如，制定智能机器人在复杂环境下的自主决策标准，确保其决策的合理性与安全性。大数据与机器人融合方面，将产生关于机器人数据采集、存储、处理、分析以及数据安全等方面的标准需求。通过制定统一的数据标准，实现机器人数据的高效利用与共享，为机器人性能优化、故障预测等提供数据支持。云计算与机器人融合，需要制定云机器人平台架构、服务接口、数据传输等方面的标准，推动云机器人在远程控制、协同作业等方面的应用。物联网与机器人融合，将催生关于机器人与物联网设备互联互通、通信协议转换、设备管理等方面的标准，实现机器人在物联网环境下的无缝接入与协同工作。

5.2 更加注重人机协作与安全标准的完善

未来，人机协作将成为机器人应用的重要趋势，人与机器人在同一工作空间内协同完成任务将越来越普遍。因此，人机协作相关标准的完善至关重要。这包括制定人机协作场景下的安全距离标准、机器人运动规划与避障标准、人机交互界面设计标准等，确保人机协作过程中的人员安全与工作效率。例如，规定在人机协作区域内，机器人应具备实时监测人员位置与动作的能力，并根据人员状态及时调整自身运动轨迹，避免碰撞事故发生。随着机器人应用领域的不断拓展，尤其是在医疗、养老、教育等与人密切相关的领域，对机器人的安全性与可靠性提出了更高要求。未来安全标准将进一步细化，涵盖机器人全生命周期的安全管理，包括设计安全、生产安全、安装调试安全、使用安全、维护安全以及报废处理安全等各个环节。例如，在医疗机器人使用安全方面，将制定严格的操作规范与风险评估标准，确保医疗机器人在为患者提供诊断、治疗等服务时的安全性与有效性。

5.3 国际标准竞争与合作进一步加剧

在全球经济一体化背景下，机器人产业的国际竞争日益激烈，标准作为产业竞争的制高点，国际标准竞争将进一步加剧。各国都在积极争夺国际机器人标准制定的话语权，将本国的技术优势、产业需求融入国际标准中，以提升本国机器人产业在全球市场的竞争力。由于机器人技术的全球性与复杂性，国际间的标准合作也必不可少。未来，各国将在竞争的基础上，加强在机器人标准制定领域的合作与交流，共同应对全球性挑战，如机器人安全、伦理等问题。例如，在国际标准化组织框架下，各国专家将加强协作，共同制定关于机器人伦理准则的国际标准，规范机器人在社会应用中的行为，避免潜在的伦理风险。我国作为机器人产业大国，将在未来国际标准竞争与合作中发挥更加重要的作用。一方面，要加大自主创新力度，提高我国机器人技术水平，将更多具有中国特色与优势的技术与标准推向国际；另一方面，要积极参与国际标准制定组织的各项活动，加强与其他国家在标准制定方面的沟通与协调，推动形成更加公平、合理、有利于全球机器人产业发展的国际标准体系。

六、结论

机器人技术标准体系构建是推动机器人产业健康、快速、可持续发展的核心支撑。从规范研发流程、保障安全可靠到促进广泛应用，标准体系在机器人产业发展的各个环节都发挥着不可替代的重要作用。当前，国内外机器人技术标准体系建设虽已取得一定成果，但仍面临诸多挑战与机遇。随着新兴技术与机器人技术的深度融合、人机协作应用的不断拓展以及国际竞争与合作的日益加剧，机器人技术标准体系将不断创新发展、完善升级。我国应充分认识到标准体系建设的重要性，加大投入力度，加强产学研用协同创新，加快标准制定与更新步伐，积极参与国际标准竞争与合作，构建具有中国特色、与国际接轨的先进机器人技术标准体系，为我国机器人产业在全球竞争中赢得优势，推动机器人技术更好地服务于经济社会发展的各个领域。