“布”制接近传感器“Smart Cloth”拓展人与机器安全共存的可能性

工厂机器人在发现工人时会停止运转，送餐机器人在看到孩子的手时会停止运转，传送带在感觉到有人靠近时会自动停止——随着人类和机器能够在同一空间安全共存，人们对传感器技术的期望也越来越高。

I-PEX 的“Smart Cloth”正是以独特方式应对这些现场课题的解决方案。顾名思义，它是一种由“布”制成的接近传感器^*1，使用时可缠绕在安装部位，因此无需像传统传感器那样进行开孔或安装专用支架等加工。它还能直接适应曲面和复杂形状，不受空间限制。

本文介绍了Smart Cloth的各种应用，包括其在协作机器人、搬运机器人和制造设备中的应用。

I-PEX 开发的“Smart Cloth”是一种电容式^*2接近传感器，使用导电布作为检测电极^*1当人手等导电物体接近至约 15 cm以内时，它会作出反应（开关动作）。

放大器^*3是集成式的，可以通过将其连接到 PLC ^*4或控制器的输入端来使用。

Smart Cloth最大的特点在于它由“织物”制成。织物固有的柔韧性使其能够适应各种曲面和复杂形状，而无需考虑安装表面。另一个主要优势是它易于改造和导入，无需进行重大设计变更。

协作机器人是指无需安全围栏即可与人在同一空间内运行的机器人。机器人制造商通常已使机器人本体至腕部符合安全标准，但安装在手端的工具、夹爪^*1等末端执行器，一直需要由用户侧进行风险评估。

机器人本体配备了通过转矩传感器^*2和电流监控实现的接触检测功能，因此机器人碰到物体时会停止。但是，如果末端执行器是电钻、尖锐刀具，或用于搬运重物的工具，那么“碰到后才停止”并不能确保安全。ISO 10218^*3于 2025 年 2 月修订后，明确要求对末端执行器部位的碰撞进行风险评估。

通过将 Smart Cloth 缠绕安装在末端执行器上，可使机器人在人员接触前检测到人的存在并停止。由于采用布材料，它也能适应形状复杂的末端执行器，并可在无需追加设计变更的情况下后装导入。它可直接连接至协作机器人现有的安全输入端子^*1或通用 I/O 端子^*2的输入端子，因此无需进行大规模系统改造。

我们已收到机器人制造商提出的早期产品开发请求，而且人们对这一问题的兴趣日益浓厚。对于希望在现有安全水平基础上进一步提升安全性的工作场所而言，Smart Cloth无疑是一个立竿见影的解决方案。

自动导引车 AGV^{) *1}、自主移动机器人 AMR^{) *2}等工厂内搬运机器人，以及餐厅送餐机器人等服务机器人，通常在底部搭载 LiDAR 传感器^*3，来检测人员接近。然而，LiDAR 能检测的毕竟仅限于底部区域，实际情况是无法应对从机器人侧面或上方接近的情况。

例如，在餐厅送餐机器人中，即使儿童从座位伸手触碰机器人上部，机器人也可能不会停止。工厂 AMR 中也曾有报道称，超出本体向外伸出的载台与人员发生接触事故。

通过将 Smart Cloth 安装在顶部、侧面和载台部分，可检测 LiDAR 无法覆盖的区域。这样能够实现立体覆盖整体的安全设计，显著提升人与搬运机器人共存环境中的安全性。将 Smart Cloth 连接至控制器的输入端子即可使用。

根据 ISO 标准，成型机^*1和半自动冲压机^*2需要针对危险源采取安全措施。在作为代表性安全措施的光幕基础上增设Smart Cloth，可进一步提升安全性。

一个典型的应用是覆盖注塑机门上安装的光幕探测范围之外的区域。由于光幕通常安装在非常靠近设备的位置，因此可能无法探测到站在设备旁边或周围的工人。通过在危险区域周围安装Smart Cloth，可以弥补这些盲区。

半自动压机采用双手按压开关作为其主要安全机制。该系统可防止压机在双手未按下开关时下降，但开关故障或误检的风险并非为零。在存在夹伤风险的区域安装Smart Cloth，可实现额外的安全措施：即使开关发生故障，它也能检测到人手靠近并停止机器运行。

虽然激光雷达、雷达和光电传感器^*1等非接触式传感器已经存在一段时间了，但它们的安装位置一直受到限制。Smart Cloth作为一种非接触式传感器，可以“安装在任何位置”，不受形状限制，从而在接近传感器市场占据了独特的地位。

最大检测距离为 150 mm。产品版计划支持 150 mm、80 mm、30 mm、12 mm 四档设置。通过调节灵敏度，可根据安装环境中的噪声情况和用途灵活使用。安装后无需调节，并且由于采用机器人电缆^*1，，也能应对弯曲和反复动作。

Smart Cloth 目前作为符合日本国内安全标准 Safety2.0 的产品进行销售。Safety2.0 是一项基于技术措施的标准，旨在实现“协同安全”，即人与物、环境通过 ICT 技术^*1共享信息，并协同实现安全。不同于传统“将人与机器隔离（Safety1.0）”的思路，Safety2.0 的目标是在人与机器共处同一空间的同时确保安全。

然而，Safety2.0定位是“使用起来更安全”，它与光幕^*2等本身就能保证安全的“安全设备”不同。它旨在作为一种补充传感器，通过添加到现有的安全设备中来增强安全性。

截至 2026 年 6 月，目前销售中的工程样品首先作为试用和评估用产品提供。尺寸仅有 120 mm × 600 mm 一种。

量产版预计将于2026年7月左右发布，其IP防护等级^*1将提升至IP65，并支持12-24V电源。量产版将提供以下三种尺寸：

量产产品的三种尺寸旨在覆盖从小型机械手安装到大型码垛机器人^*2应用在内的广泛用途。此外，未来还计划取得符合 ISO 13849-1 ^*3的安全认证 CAT.3/PLd^*4，预计可满足更高的安全要求。

潜在应用包括室内环境中的自动门和卷帘门。例如，Smart Cloth可以辅助检测自动门在关闭过程中是否有人靠近。它有效地增强了自动门和卷帘门联锁装置^*1的安全性能。

在室内游乐和体验设施中，可设想将其应用于“人靠近时声音或灯光发生变化”等非接触式开关。作为非接触式互动体验演出的触发装置，它有望激发创作者的灵感。

在容易沾染油污的环境中，您可能不愿直接触摸触摸面板或按钮，需要擦拭双手。而使用Smart Cloth作为非接触式开关，只需将手靠近即可启动生产线和设备。

此外，它还可以应用于诸如检测人员何时进入特定区域并激活监控器，或自动启动下一个流程等场景。作为一种“人机交互开关”，它具有吸引众多行业和领域的潜力。

它在食品工厂的FA设备中也具有潜在应用价值^*2。即使需要符合食品相关标准，也可以通过更换材料来满足这些要求。从食品生产场所人员与设备协调安全的角度来看，Smart Cloth是一种有效的解决方案。

预计该技术还将用于防止人员在物流和制造场所被传送带卷入。一项预期应用是检测人员并停止传送带运行。

在乘坐型游乐设施（载具）中，存在检测乘客座位位置和载荷偏移并将其用于控制的需求。目前设想的是非接触式用途，但通过利用正在开发中的接触检测功能，有望实时掌握乘客的乘坐位置，减少载荷偏置对机械造成的负担，并提升耐久性。

Smart Cloth未来在医疗和护理机器人领域也有应用前景。例如，它可以作为传感器，检测用户是否在使用自主轮椅。虽然必须符合医疗器械的特定标准，但Smart Cloth在人机密切协作的医疗和护理环境中具有巨大的应用潜力。

人形机器人正在全球范围内逐步导入工厂，Smart Cloth 也有望应用其中。目前面向人形机器人的安全标准尚未充分完善，但对于在与人相同空间内运行的机器人，安全传感的需求确实存在。

Smart Cloth是一种电容式接近传感器，它利用“布料”这种此前并未受到太多关注的材料。它的最大优势在于其柔韧性，使其能够贴附于任何形状的物体上；易于导入；以及其作为“可贴附于任何位置的非接触式传感器”的独特地位。

Smart Cloth是一种支持人机安全共存的新型解决方案，预计将在多个行业和应用领域得到应用。如有任何疑问或有意导入，请随时联系I-PEX。