掃地機(jī)器人跌落風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與測(cè)試謝志利;裴廣福;魏明然【摘要】本文根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)降低的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及家用電器的安全要求，討論了掃地機(jī)器人風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法和測(cè)試過程，并在標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，對(duì)掃地機(jī)器人的跌落試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證.通過對(duì)地檢傳感器電路和碰撞傳感器電路設(shè)置故障，模擬實(shí)現(xiàn)了跌落情況的發(fā)生，從而驗(yàn)證了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)掃地機(jī)器人產(chǎn)品的重要性.【期刊名稱】《家電科技》【年（卷），期】2018（000）011【總頁數(shù)】4頁（P75-77,85）【關(guān)鍵詞】風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;跌落試驗(yàn);非正常工作;標(biāo)準(zhǔn)化;掃地機(jī)器人【作者】謝志利;裴廣福;魏明然【作者單位】中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，缺陷產(chǎn)品管理中心北京100101;中家院（北京）檢測(cè)認(rèn)證有限公司北京100176;中家院（北京）檢測(cè)認(rèn)證有限公司北京100176【正文語種】中文1引言隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求也在逐漸提高。高智能全自動(dòng)服務(wù)機(jī)器人逐漸走進(jìn)了人們的生活中，而家庭掃地機(jī)器人則成為高智能全自動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的一個(gè)重要的組成部分，使得人工智能自動(dòng)清潔成為可能。然而，作為新興起的產(chǎn)業(yè)，掃地機(jī)器人行業(yè)及標(biāo)準(zhǔn)尚處于起步階段，目前掃地機(jī)器人生產(chǎn)廠家的關(guān)注點(diǎn)主要在清掃徹底、自主避障、自動(dòng)充電和高覆蓋率的路徑規(guī)劃等基礎(chǔ)性能項(xiàng)目的檢測(cè)方面，從而忽略了其使用特點(diǎn)和安全性能。針對(duì)掃地機(jī)器人的安全性能，國(guó)家出臺(tái)了各項(xiàng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和方法。眾所周知，安全是第一要?jiǎng)?wù)，所以掃地機(jī)器人的安全性能也顯得尤為重要。而掃地機(jī)器人在使用過程中發(fā)生的跌落現(xiàn)象成為了需要主要關(guān)注的方面。跌落不僅會(huì)關(guān)系到設(shè)備能否正常使用，同時(shí)也與人身健康安全息息相關(guān)。本文將從如何識(shí)別跌落風(fēng)險(xiǎn)、避免跌落風(fēng)險(xiǎn)、跌落風(fēng)險(xiǎn)的分析，以及跌落風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面進(jìn)行探討。2標(biāo)準(zhǔn)理解根據(jù)GB/T23694-2013標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)定義，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指，在風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生之前或之后（但還沒有結(jié)束），該事件給人們的生活、生命、財(cái)產(chǎn)等各個(gè)方面造成的影響和損失的可能性進(jìn)行量化評(píng)估的工作。國(guó)際上通常采用IEC60335-1《家用和類似用途電器安全_第1部分：一般要求》以及IEC60335-2-2《家用和類似用途電器的安全_第2-2部分：真空吸塵器和吸水清潔電器的特殊要求》作為指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)來衡量掃地機(jī)器人的安全，國(guó)內(nèi)采用的標(biāo)準(zhǔn)為GB4706.1《家用和類似用途電器的安全第一部分：通用要求》和GB4706.7《家用和類似用途電器的安全真空吸塵器和吸水式清潔器具的特殊要求》。國(guó)內(nèi)夕卜標(biāo)準(zhǔn)中都有明確要求，掃地機(jī)器人應(yīng)裝有防止移動(dòng)部件從清潔表面（例如：樓梯等）跌落的裝置，當(dāng)移動(dòng)部件到達(dá)邊界時(shí)，應(yīng)有感應(yīng)、轉(zhuǎn)換方向繼續(xù)清潔的功能。這是為了防止掃地機(jī)器人在執(zhí)行清潔工作時(shí)產(chǎn)生跌落風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定，類似于掃地機(jī)器人這種依靠保護(hù)性電子電路防護(hù)安全的器具，在設(shè)計(jì)電子電路時(shí)，應(yīng)使其在任何一個(gè)故障情況下，都可以保證不會(huì)發(fā)生有關(guān)電擊、火災(zāi)危險(xiǎn)、機(jī)械危險(xiǎn)或危險(xiǎn)性功能失效。我們可以通過對(duì)所有電路或電路的某一部分進(jìn)行故障試驗(yàn)，驗(yàn)證電子電路是否合格。其中故障模式包括對(duì)保護(hù)性電子電路的二極管等進(jìn)行開路、短路故障以及集成電路的每個(gè)腳對(duì)電源或者對(duì)地（情況更惡劣的一端）短路等方面的故障。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就是量化測(cè)評(píng)掃地機(jī)器人發(fā)生故障跌落后所帶來的影響或損失的可能程度。3風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)分析根據(jù)掃地機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)出現(xiàn)跌落的風(fēng)險(xiǎn)，跌落后造成的嚴(yán)重程度除了可參考GB/T35248-2017中的5.3.4.6中描述的傷害嚴(yán)重程度定性的描述外，還可以參考《人體損傷程度鑒定標(biāo)準(zhǔn)》。掃地機(jī)器人跌落后可能造成人員輕傷一級(jí)，嚴(yán)重可達(dá)重傷二級(jí)，甚至可為重傷一級(jí)?？梢姃叩貦C(jī)器人跌落在風(fēng)險(xiǎn)中占據(jù)舉足輕重的位置，造成掃地機(jī)器人跌落的可能有以下幾種情況。3.1地檢傳感器電路故障可造成跌落風(fēng)險(xiǎn)智能掃地機(jī)器人地檢傳感器絕大多數(shù)是由發(fā)射二極管和接收二極管組成，即在掃地機(jī)器人內(nèi)部根據(jù)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)來放置二極管，發(fā)射和接收形成一定的角度，可進(jìn)行一定長(zhǎng)度的檢測(cè)，從而達(dá)到檢測(cè)地面的需求。設(shè)置故障可分為：（1）設(shè)置發(fā)光管電路故障。令發(fā)光管一直處于工作狀態(tài)，減小發(fā)射和接收的角度，使接收管一直接收到發(fā)射管的信號(hào)，無論掃地機(jī)器人處于平地狀態(tài)還是懸崖狀態(tài)。圖1碰撞檢測(cè)簡(jiǎn)化原理圖圖2電路結(jié)構(gòu)1（2）設(shè)置接收管電路故障。斷開接收管的接收管腳或?qū)⒔邮展苣_拉低或者拉高，無論處于平地狀態(tài)還是懸崖狀態(tài)接收管與MCU之間的管腳都是為低或者為高。依據(jù)以上兩種設(shè)置地檢傳感器故障，如果程序中沒有特別添加檢測(cè)地檢傳感器故障代碼，也沒有針對(duì)檢測(cè)到地檢傳感器故障后作出正確反應(yīng)的程序，按照上述施加故障的掃地機(jī)器人將會(huì)發(fā)生跌落風(fēng)險(xiǎn)。3.2碰撞傳感器電路故障可造成跌落風(fēng)險(xiǎn)掃地機(jī)器人的碰撞傳感器是由微動(dòng)開關(guān)或者光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)來控制的。碰撞檢測(cè)簡(jiǎn)化原理圖如圖1所示。Ctrl端為低電平，發(fā)射端處于導(dǎo)通狀態(tài)。沒發(fā)生碰撞時(shí)I/O輸出為低電平，MCU檢測(cè)到為低電平。當(dāng)掃地機(jī)器人受到碰撞后，隔斷U型槽開關(guān)由于結(jié)構(gòu)的原因阻隔發(fā)射端到接收端的信號(hào)傳遞。導(dǎo)致I/O輸出高電平，如若持續(xù)高電平信號(hào)傳至MCU，MCU受到碰撞檢測(cè)信號(hào)會(huì)持續(xù)后退，如若程序中沒有針對(duì)此項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)添加有效的管控措施，掃地機(jī)器人會(huì)存在明顯的跌落風(fēng)險(xiǎn)。3.3遙控器或APP控制下可造成跌落風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)程APP多次操作某一功能按鍵或者隨機(jī)組合的按下按鍵可能會(huì)出現(xiàn)跌落風(fēng)險(xiǎn)。紅外遙控器多次操作某一功能按鍵或者隨機(jī)組合的按下按鍵可能會(huì)出現(xiàn)跌落風(fēng)險(xiǎn)，也可能會(huì)出現(xiàn)跌落后不報(bào)警，不停止繼續(xù)后退的重大風(fēng)險(xiǎn)隱患。3.4正常使用可造成跌落風(fēng)險(xiǎn)正常工作（自動(dòng)運(yùn)行）期間不操控紅外遙控器和機(jī)器人APP，也可能會(huì)有跌落風(fēng)險(xiǎn)。4風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及測(cè)試4.1地檢傳感器電路故障在拆解掃地機(jī)器人時(shí)發(fā)現(xiàn)，地檢傳感器絕大多數(shù)由發(fā)射二極管和接收二極管形成一定的角度并根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成。在分析電路時(shí)發(fā)現(xiàn)有圖2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)下，只需要在控制芯片上做一個(gè)故障，就可以造成多個(gè)傳感器失效。造成掃地機(jī)器人跌落的風(fēng)險(xiǎn)，不滿足國(guó)標(biāo)要求。當(dāng)然在拆機(jī)中下述這種設(shè)計(jì)居多，圖3結(jié)構(gòu)電路，每個(gè)傳感器單獨(dú)連接到MCU，這種結(jié)構(gòu)具備更高的傳感器獨(dú)立性，不會(huì)因?yàn)橐宦穫鞲衅鞴收隙绊懫渌穫鞲衅鞯恼９ぷ鳎訌?qiáng)了電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。雖然圖3電路設(shè)計(jì)滿足國(guó)標(biāo)要求，但是也要配合完善的程序設(shè)計(jì)才可滿足國(guó)家安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需求。在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，部分掃地機(jī)器人在前端某一個(gè)地檢傳感器電路上施加故障，迫使MCU與地檢傳感器相連接的管腳檢測(cè)到一直為高電平或者低電平狀態(tài)，這樣便會(huì)造成掃地機(jī)器人持續(xù)后退導(dǎo)致跌落在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下。4.2碰撞傳感器電路故障掃地機(jī)器人的碰撞傳感器是由光電開關(guān)或者微動(dòng)開關(guān)來控制的，見圖4和圖5。少數(shù)掃地機(jī)器人是無碰撞傳感器的，即使在有傳感器的掃地機(jī)器人上做單重故障試驗(yàn)，絕大多數(shù)掃地機(jī)器人有跌落情況發(fā)生，其中有部分掃地機(jī)器人跌落后并不會(huì)停止或報(bào)警。近半數(shù)掃地機(jī)器人在碰撞傳感器電路單重故障下就已經(jīng)跌落在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下。測(cè)試中發(fā)現(xiàn)大部分掃地機(jī)器人采用圖3電路設(shè)計(jì)。雖然電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足國(guó)標(biāo)要求，但是程序設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重缺陷。大部分掃地機(jī)器人只要在碰撞傳感器電路上設(shè)置故障，使MCU接收到的某一個(gè)碰撞信息一直為高電平或者為低電平，即可造成掃地機(jī)器人持續(xù)后退的現(xiàn)象，直至跌落。有小部分掃地機(jī)器人運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，跌落后繼續(xù)運(yùn)行且無告警提示。這也是與安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定背道而馳的。4.3遙控器或APP控制遠(yuǎn)程APP遙控本意是為了提供便利，但也要進(jìn)行合理的安全設(shè)計(jì)，在確保安全的情況下才能投入應(yīng)用。操作APP的用戶并不能確定家中的情形，無法保證老人和孩子不在樓下，這種不加以管控的遠(yuǎn)程操作是存在一定的安全隱患的，在測(cè)試中也證明了這一點(diǎn)。在通過制造商提供的紅外遙控器控制掃地機(jī)器人正常工作時(shí)發(fā)現(xiàn)，同樣也會(huì)出現(xiàn)大部分機(jī)器人在長(zhǎng)按紅外遙控器后退按鍵或多次操作后退按鍵后出現(xiàn)跌落，并且跌落后無報(bào)警，不停止。以上兩種跌落事件說明在軟件開發(fā)的過程中沒有充分考慮到掃地機(jī)器人會(huì)后退跌落的情況，絕大多數(shù)掃地機(jī)器人在前端裝有地檢傳感器和碰撞傳感器，而尾部沒有任何保護(hù)措施，從而造成了前進(jìn)不會(huì)跌落，而后退會(huì)有跌落的情況發(fā)生。4.4正常使用時(shí)的跌落風(fēng)險(xiǎn)在進(jìn)行多批次掃地機(jī)器人跌落試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，有極個(gè)別掃地機(jī)器人在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上正常工作（自動(dòng)運(yùn)行）期間不操控紅外遙控器和機(jī)器人APP，就會(huì)出現(xiàn)跌落的情況。此種情況的跌落不僅違背了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，而且一旦被消費(fèi)者使用，更有可能危害消費(fèi)者的健康安全。所以此現(xiàn)象需要引起開發(fā)者和生產(chǎn)者的高度重視，更需要有關(guān)部門給予監(jiān)督和定期抽查。圖3電路結(jié)構(gòu)2圖4光電開關(guān)結(jié)構(gòu)圖5微動(dòng)開關(guān)架構(gòu)5風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估總結(jié)針對(duì)消費(fèi)者和家電廠商來說，安全是最關(guān)乎切身利益的，也是制造商要考慮的首要因素。但是，因?yàn)槔硐霠顟B(tài)下制造出風(fēng)險(xiǎn)為零的產(chǎn)品是不切實(shí)際的，所以我們需要采用一些保護(hù)措施來降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)對(duì)使用者或使用環(huán)境的傷害程度，使風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和傷害程度保持在可接受的范圍內(nèi)。因此，為了降低產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是非常有必要的。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要目的是確定某一種或某幾種危險(xiǎn)處境需要進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)，并且還要證實(shí)風(fēng)險(xiǎn)分析中的迭代過程。當(dāng)所選擇的該項(xiàng)保護(hù)措施已經(jīng)充分降低了風(fēng)險(xiǎn)，并且沒有引入新的危險(xiǎn)或加重了其他原有風(fēng)險(xiǎn)，那么我們就認(rèn)為達(dá)到了此項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)降低的目的。當(dāng)然由于某些危險(xiǎn)處境風(fēng)險(xiǎn)極低（輕微），可記錄且不作進(jìn)一步處理；然而那些被指出會(huì)造成重大危險(xiǎn)的危險(xiǎn)處境（例如，掃地機(jī)器人非正常工作狀態(tài)下的跌落風(fēng)險(xiǎn)）必須予以降低；進(jìn)一步來說，對(duì)那些被指出可能會(huì)產(chǎn)生更高風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)處境，應(yīng)做更加詳細(xì)和清晰的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】GB/T4706.1-2005,家用和類似用途電器的