在工業(yè)機器人大量參與的自動化生產(chǎn)中，難免因各種情況而需停機調(diào)整機器人點位，這一過程往往將進(jìn)行數(shù)小時，這段停機時間造成的產(chǎn)能損失往往讓客戶難以接受。“快速部署、易于調(diào)試”幾乎是每個工業(yè)機器人集成銷售商都會遇到的最大挑戰(zhàn)之一。

3C制造行業(yè)中，工業(yè)機器人正在越來越多地進(jìn)入3C零部件加工，搬運，組裝等工段中，因產(chǎn)能需求大，因而3C制造業(yè)區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)備制造業(yè)的最顯著特征就是各工段排布緊湊、工時短，如此短而快的節(jié)奏勢必難以離開工人的配合——甚至是由人監(jiān)督和主導(dǎo)勞作內(nèi)容，而機器人輔助完成其中繁復(fù)的體力工作。

以上論述為廣大機器人集成商指明了未來機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢，即“以人為本”的產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展思想，要求工業(yè)機器人這種無感情無思想的冰冷金屬工具必須變得“柔軟”、能夠在一定程度上完成和人的密切交流，方能真正的適應(yīng)未來智慧工廠、無人化工廠的發(fā)展要求。目前越來越多的機器人廠家已經(jīng)注意到這一點，并致力于直接示教與人機協(xié)作技術(shù)的攻關(guān)。

技術(shù)概述

為實現(xiàn)深入人機協(xié)作技術(shù)，可以通俗的理解為通過各種技術(shù)手段使機器人從原本的剛性體變得“柔軟”，能夠?qū)ぷ髦邢鄬ξ⑿〉念~外外部力進(jìn)行感知辨識，并產(chǎn)生特定的反應(yīng)。如在工作模式中發(fā)生預(yù)期以外的碰撞則應(yīng)該停止、示教模式中可以輕松拉動機器人工作面達(dá)到指定位置（直接示教）等。該技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)是零力控制技術(shù)。

目前已知的零力控制技術(shù)有兩種實現(xiàn)方式：基于位置控制的零力控制技術(shù)和基于直接轉(zhuǎn)矩控制的零力控制技術(shù)。前者需要搭配各種力檢測器、或者使用估計法以獲得確定的外力方向并實施相應(yīng)補償直至外力消失。后者以計算各關(guān)節(jié)對應(yīng)的重力及摩擦力，伺服控制器工作在轉(zhuǎn)矩控制模式下，通過控制各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動器輸出對應(yīng)大小的力矩，則機器人在外力的作用下克服慣性力而即可運動。

技術(shù)現(xiàn)狀

較早的ISO10218中，按照協(xié)作程度從低到高，提出了四種人機協(xié)作方式：

1.Safety-ratedmonitoredstop（安全級監(jiān)控停止）

2.Handguiding（手動引導(dǎo)）

3.Speedandseparationmonitoring（速度和距離監(jiān)控）

4.Powerandforcelimiting（功率和力限制）

通過對工業(yè)機器人及工業(yè)設(shè)備市場的分析我們可以看到：一、目前國外在這一方面處于遙遙領(lǐng)先的地位，具有代表性的KUKA與UR機器人均推出了人機協(xié)作專用機種；而我國目前尚處于理論與實驗室階段，少有成熟產(chǎn)品出現(xiàn)。二、縱觀國內(nèi)外直接控制手段，均不能離開力傳感器的協(xié)助，即必須在末端或者機器人本體中額外增加力傳感單元，勢必會大大增加機器人的制造成本。

綜合以上兩點所述，盡快開發(fā)出成熟的零力控制與碰撞檢測技術(shù)，并使其應(yīng)用到工業(yè)機器人控制中，降低機器人的制造、維護(hù)與部署成本的技術(shù)攻關(guān)勢在必行。

技術(shù)應(yīng)用范例

秉承著以人為本的理念，深圳市精匠機器人科技有限公司（以下簡稱“精匠”）自成立起就一直致力于人機友好與人機協(xié)作技術(shù)的開發(fā)，將人機協(xié)作的概念不斷應(yīng)用在該公司研發(fā)生產(chǎn)制造的工業(yè)自動化裝備中。為了最終達(dá)成人機協(xié)作、智能制造的理念，“精匠”采用了三步走的技術(shù)發(fā)展策略：

1.安全級監(jiān)控停止——安全門、安全光柵的全面覆蓋

目前“精匠”已經(jīng)在其生產(chǎn)的所有工業(yè)設(shè)備中實現(xiàn)了安全級監(jiān)控停止的功能，即通過安全護(hù)欄進(jìn)行徹底的人機分隔，借助安全門或安全光柵，當(dāng)操作員的肢體進(jìn)入機械工作空間時將會立刻觸發(fā)感應(yīng)裝置，設(shè)備立刻停止。在操作員退出該空間且確認(rèn)后，設(shè)備恢復(fù)工作。最大程度上杜絕生產(chǎn)安全事故。

精匠生產(chǎn)的某產(chǎn)品防水檢測設(shè)備

精匠生產(chǎn)的某3C產(chǎn)品的掃碼設(shè)備

精匠測試車間的安全護(hù)欄與安全門

2.“速度和距離監(jiān)控“功能的試導(dǎo)入

經(jīng)過兩年的努力，“精匠”在現(xiàn)階段需要人機密切配合的場合嘗試導(dǎo)入了“速度和距離監(jiān)控“這一功能，具體實現(xiàn)方式為搭配安全光柵、工業(yè)相機和距離傳感器感知工人距離，并將工作區(qū)間做分級處理，工人到達(dá)機器人工作區(qū)間后機器人及整個相關(guān)設(shè)備降至低速并由正常工作模式切換至”安全模式“，以便使用者在不停機的情況下進(jìn)行簡單的調(diào)整，如果不慎發(fā)生預(yù)期以外的碰撞，則機器人會立刻停止；

3.以直接示教、碰撞檢測為最終目標(biāo)的人機協(xié)作

目前精匠正在加大人力投入進(jìn)行對零力控制模式的研究，并在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)中取得了一定的成果，不遠(yuǎn)的將來“精匠”將在其研發(fā)制造的的所有的小型六軸機器人中植入以“轉(zhuǎn)矩模式控制的零力控制“模塊，并嘗試在中型規(guī)格的特定機型中加入單軸扭矩檢測模塊，以期在不遠(yuǎn)的將來能夠確實地實現(xiàn)調(diào)試狀態(tài)中的“直接示教“功能和工作狀態(tài)中的”人機協(xié)作“功能。

人機協(xié)作概念（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

結(jié)論與展望

需意識到，我們在人機協(xié)作技術(shù)中距離世界水平仍具有較大差距，功能不完備并且因為數(shù)量原因難以在短時間內(nèi)積累海量的經(jīng)驗。同時我們公司在對文中技術(shù)的研發(fā)中也依然面對著重重困難：在基于位置模式的零力控制中必須使用各種形式的力傳感器，這勢必造成了極大的成本增加，而在直接轉(zhuǎn)矩控制模式中會伴隨著系統(tǒng)的不穩(wěn)定，需要重新優(yōu)化安全功能的設(shè)計。

面對以上的問題，一方面我們需要投入更多的研發(fā)力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，一方面我們期望可以和更多的研究院與企業(yè)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流與合作，共同突破。同時，我們也希望自動化工裝設(shè)備中能夠出現(xiàn)更多的先進(jìn)零配件，如性價比更加優(yōu)越的力傳感器、電子皮膚等，真正使需要與人密切交互的工業(yè)機器人等設(shè)備產(chǎn)生“觸覺“，使更加安全可靠的人機友好型設(shè)備能夠更多地投入到工業(yè)生產(chǎn)中。