在工業(yè)機(jī)器人大量參與的自動(dòng)化生產(chǎn)中，難免因各種情況而需停機(jī)調(diào)整機(jī)器人點(diǎn)位，這一過(guò)程往往將進(jìn)行數(shù)小時(shí)，這段停機(jī)時(shí)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(gè)工業(yè)機(jī)器人集成銷(xiāo)售商都會(huì)遇到的最大挑戰(zhàn)之一。

    3C制造行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人正在越來(lái)越多地進(jìn)入3C零部件加工，搬運(yùn)，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(shí)短，如此短而快的節(jié)奏勢(shì)必難以離開(kāi)工人的配合——甚至是由人監(jiān)督和主導(dǎo)勞作內(nèi)容，而機(jī)器人輔助完成其中繁復(fù)的體力工作。

    以上論述為廣大機(jī)器人集成商指明了未來(lái)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，即“以人為本”的產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展思想，要求工業(yè)機(jī)器人這種無(wú)感情無(wú)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(lái)智慧工廠、無(wú)人化工廠的發(fā)展要求。目前越來(lái)越多的機(jī)器人廠家已經(jīng)注意到這一點(diǎn)，并致力于直接示教與人機(jī)協(xié)作技術(shù)的攻關(guān)。

技術(shù)概述

    為實(shí)現(xiàn)深入人機(jī)協(xié)作技術(shù)，可以通俗的理解為通過(guò)各種技術(shù)手段使機(jī)器人從原本的剛性體變得“柔軟”，能夠?qū)ぷ髦邢鄬?duì)微小的額外外部力進(jìn)行感知辨識(shí)，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(dòng)機(jī)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(shí)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(cè)器、或者使用估計(jì)法以獲得確定的外力方向并實(shí)施相應(yīng)補(bǔ)償直至外力消失。后者以計(jì)算各關(guān)節(jié)對(duì)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(guò)控制各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)器輸出對(duì)應(yīng)大小的力矩，則機(jī)器人在外力的作用下克服慣性力而即可運(yùn)動(dòng)。

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(jī)協(xié)作方式：

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

2.Handguiding（手動(dòng)引導(dǎo)）

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

4.Powerandforcelimiting（功率和力限制）

    通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人及工業(yè)設(shè)備市場(chǎng)的分析我們可以看到：一、目前國(guó)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(jī)器人均推出了人機(jī)協(xié)作專(zhuān)用機(jī)種；而我國(guó)目前尚處于理論與實(shí)驗(yàn)室階段，少有成熟產(chǎn)品出現(xiàn)。二、縱觀國(guó)內(nèi)外直接控制手段，均不能離開(kāi)力傳感器的協(xié)助，即必須在末端或者機(jī)器人本體中額外增加力傳感單元，勢(shì)必會(huì)大大增加機(jī)器人的制造成本。

    綜合以上兩點(diǎn)所述，盡快開(kāi)發(fā)出成熟的零力控制與碰撞檢測(cè)技術(shù)，并使其應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人控制中，降低機(jī)器人的制造、維護(hù)與部署成本的技術(shù)攻關(guān)勢(shì)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(jī)器人科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“精匠”）自成立起就一直致力于人機(jī)友好與人機(jī)協(xié)作技術(shù)的開(kāi)發(fā)，將人機(jī)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(dòng)化裝備中。為了最終達(dá)成人機(jī)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(jí)監(jiān)控停止——安全門(mén)、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(shí)現(xiàn)了安全級(jí)監(jiān)控停止的功能，即通過(guò)安全護(hù)欄進(jìn)行徹底的人機(jī)分隔，借助安全門(mén)或安全光柵，當(dāng)操作員的肢體進(jìn)入機(jī)械工作空間時(shí)將會(huì)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(cè)設(shè)備

精匠生產(chǎn)的某3C產(chǎn)品的掃碼設(shè)備

精匠測(cè)試車(chē)間的安全護(hù)欄與安全門(mén)

2.“速度和距離監(jiān)控“功能的試導(dǎo)入

    經(jīng)過(guò)兩年的努力，“精匠”在現(xiàn)階段需要人機(jī)密切配合的場(chǎng)合嘗試導(dǎo)入了“速度和距離監(jiān)控“這一功能，具體實(shí)現(xiàn)方式為搭配安全光柵、工業(yè)相機(jī)和距離傳感器感知工人距離，并將工作區(qū)間做分級(jí)處理，工人到達(dá)機(jī)器人工作區(qū)間后機(jī)器人及整個(gè)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(jī)的情況下進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整，如果不慎發(fā)生預(yù)期以外的碰撞，則機(jī)器人會(huì)立刻停止；

3.以直接示教、碰撞檢測(cè)為最終目標(biāo)的人機(jī)協(xié)作

    目前精匠正在加大人力投入進(jìn)行對(duì)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(lái)“精匠”將在其研發(fā)制造的的所有的小型六軸機(jī)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(jī)型中加入單軸扭矩檢測(cè)模塊，以期在不遠(yuǎn)的將來(lái)能夠確實(shí)地實(shí)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(jī)協(xié)作“功能。

人機(jī)協(xié)作概念（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

結(jié)論與展望

    需意識(shí)到，我們?cè)谌藱C(jī)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?yàn)閿?shù)量原因難以在短時(shí)間內(nèi)積累海量的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)我們公司在對(duì)文中技術(shù)的研發(fā)中也依然面對(duì)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(shì)必造成了極大的成本增加，而在直接轉(zhuǎn)矩控制模式中會(huì)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(jì)。

    面對(duì)以上的問(wèn)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(shí)，我們也希望自動(dòng)化工裝設(shè)備中能夠出現(xiàn)更多的先進(jìn)零配件，如性?xún)r(jià)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(jī)器人等設(shè)備產(chǎn)生“觸覺(jué)“，使更加安全可靠的人機(jī)友好型設(shè)備能夠更多地投入到工業(yè)生產(chǎn)中。