“協(xié)作機(jī)器人為生產(chǎn)制造商帶來(lái)了潛力，但企業(yè)只有在培訓(xùn)、評(píng)估和設(shè)計(jì)方面不斷做出努力，它們才能長(zhǎng)期取得成功。”

　　協(xié)作機(jī)器人(通常被稱為 cobot)，是旨在在工作空間中可以與人類進(jìn)行物理交互的機(jī)器人設(shè)備。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人在工作時(shí)需要使用安全防護(hù)裝置和其他設(shè)備來(lái)保護(hù)人類。

　　協(xié)作機(jī)器人在傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)領(lǐng)域都越來(lái)越受到歡迎，并可能帶來(lái)一系列獨(dú)特的挑戰(zhàn)。雖然使用協(xié)作機(jī)器人可能與傳統(tǒng)機(jī)器人非常相似，但實(shí)施的初始階段將決定系統(tǒng)的成功程度。協(xié)作機(jī)器人的成功應(yīng)用需要考慮三個(gè)重要因素 ：培訓(xùn)、評(píng)估和設(shè)計(jì)。

　　協(xié)作機(jī)器人的培訓(xùn)

　　對(duì)任何新型技術(shù)來(lái)講，第一步都是培訓(xùn)。這個(gè)設(shè)備是如何工作的?它的功能和局限性是什么?將如何影響我們對(duì)安全的理解?

　　協(xié)作機(jī)器人在機(jī)器人領(lǐng)域的獨(dú)特地位，得益于內(nèi)部與力傳感技術(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)。在檢測(cè)到超過(guò)閾值的外力時(shí)，機(jī)器人就會(huì)停止工作，防止人員受傷。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)期間，允許的速度和扭矩也受到限制，以消除與運(yùn)行人員的不安全接觸。許多協(xié)作機(jī)器人都允許編程控制這些參數(shù)，以便根據(jù)系統(tǒng)需求來(lái)調(diào)整限制級(jí)別。這意味著實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)的的人員，必須接受與自動(dòng)化系統(tǒng)和協(xié)作機(jī)器人相關(guān)的、適當(dāng)?shù)陌踩枨笈嘤?xùn)。

　　對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器人來(lái)講，很多安全策略都圍繞著機(jī)器人和人的分離上，比如限制人類進(jìn)入機(jī)器人操作區(qū)域的圍欄等安全措施。在機(jī)器人和人共享的工作空間中通常會(huì)使用監(jiān)視設(shè)備，如光幕和地板掃描儀。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在不同場(chǎng)景中，機(jī)器人和人之間的距離。

　　重要的實(shí)施步驟之一是指定一個(gè)安全標(biāo)準(zhǔn)。它要求在人類和機(jī)器人協(xié)同工作的情況下，改變安全方式。指導(dǎo)準(zhǔn)則不斷發(fā)展，關(guān)鍵是要了解最新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐。這些規(guī)定包括針對(duì)一般機(jī)器人系統(tǒng)安全的 ANSI/ RIA R15.06-2012，以及更具體針對(duì)協(xié)作機(jī)器人技術(shù)的 RIA R15.806-2016。技術(shù)報(bào)告 RIA TR15.806-2018 提供了關(guān)于設(shè)計(jì)協(xié)作工作空 間時(shí)可能需要的測(cè)試的額外指導(dǎo)。技術(shù)報(bào)告RIA TR15.806-2018 提供了設(shè)計(jì)協(xié)同工作區(qū)時(shí)可能需要的額外測(cè)試指南。

　　協(xié)作機(jī)器人在機(jī)器人領(lǐng)域的獨(dú)特地位，得益于內(nèi)部與力傳感技術(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)。本文圖片來(lái)源 ：Applied Manufacturing Technologies

　　系統(tǒng)安全性評(píng)估

　　對(duì)協(xié)作機(jī)器人最常見的誤解之一是使用這種類型的設(shè)備使系統(tǒng)對(duì)人類安全。在實(shí)際應(yīng)用中，功率和力的限制功能只適用于機(jī)器人本身。它們并沒有考慮到任何其他潛在的危險(xiǎn)，包括安裝在主要機(jī)器人身體上的其他部件，如臂端工具(EOAT)。

　　實(shí)施協(xié)作技術(shù)的第二個(gè)關(guān)鍵因素是正確評(píng)估系統(tǒng)的安全性。安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，是對(duì)系統(tǒng)中潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行基于任務(wù)的審查。根據(jù)嚴(yán)重性和發(fā)生頻率等特征，對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)級(jí)，然后審查通過(guò)設(shè)計(jì)減輕風(fēng)險(xiǎn)的能力。該持續(xù)進(jìn)行的過(guò)程，應(yīng)該從系統(tǒng)預(yù)設(shè)計(jì)開始，并延續(xù)到構(gòu)建。遵循這種類型的迭代程序?qū)⒋_保安全考慮在設(shè)計(jì)期間得到滿足，而不是事后才想到。

　　這個(gè)階段的一個(gè)關(guān)鍵部分是考慮哪些任務(wù)將由自動(dòng)化來(lái)完成。一般的經(jīng)驗(yàn)法則是讓人類做其最擅長(zhǎng)的事情。這通常包括涉及關(guān)鍵決策、高度靈巧 / 感知、技術(shù)知識(shí)和非例行操作的任務(wù)。機(jī)器人最適合接管重復(fù)性和常規(guī)性的工作量。編程可以包括決策過(guò)程，但當(dāng)決策輸出有限時(shí)，這是一個(gè)有效的權(quán)衡。有了協(xié)作機(jī)器人，這種任務(wù)分配決策就會(huì)擴(kuò)大到考慮它對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的影響。

　　評(píng)估階段將依賴于對(duì)協(xié)作設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)的了解。任務(wù)分配將受到機(jī)器人功能的影響。功率和力限制裝置通過(guò)限制有效載荷和速度來(lái)控制力。例如，一家機(jī)器人制造商生產(chǎn)的協(xié)作機(jī)器人裝置的最大有效載荷容量，從 4 千克到 35 千克不等。與工業(yè)機(jī)器人相比，這屬于輕量級(jí)，工業(yè)機(jī)器人的有效載荷可以超過(guò) 2000 千克。與傳統(tǒng)機(jī)器人模型相比，手臂速度受到明顯的限制，這可能會(huì)影響周期時(shí)間目標(biāo)。每個(gè)協(xié)作機(jī)器人任務(wù)都需要根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行可行性評(píng)估。

　　▎評(píng)估階段將依賴于對(duì)協(xié)作設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)的了解。任務(wù)分 配將受到機(jī)器人功能的影響。

　　協(xié)作機(jī)器人的設(shè)計(jì)

　　協(xié)作機(jī)器人實(shí)施的第三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)。從協(xié)作空間的角度來(lái)看，我們必須在設(shè)計(jì)概念中包括人的接觸分析。即使使用的是 cobot，也不僅僅是機(jī)器人的問(wèn)題。所有的工具和設(shè)備都需要與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估評(píng)價(jià)結(jié)合起來(lái)考慮。任務(wù)必須審查潛在的擠壓和沖擊接觸危險(xiǎn)，因?yàn)槿祟惪赡芙咏O(shè)備。

　　在安全標(biāo)準(zhǔn)中，有一些規(guī)范明確了對(duì)于涉及人體不同部位的危險(xiǎn)，什么樣的力量是可以接受的。例如，對(duì)腿部和眼睛的接觸的考慮是不同的。協(xié)作機(jī)器人編程和設(shè)置的靈活性使得有必要了解這些規(guī)范，以及如何測(cè)試這些規(guī)范，以確保對(duì)操作者的安全進(jìn)行適當(dāng)限制。仿真等工具可以幫助識(shí)別危險(xiǎn)和設(shè)計(jì)解決方案。

　　▎大多數(shù)協(xié)作機(jī)器人設(shè)備采用圓形輪廓，以增加接觸時(shí)的表面積并減小受力。

　　大多數(shù)協(xié)作機(jī)器人設(shè)備都采用了圓形輪廓，以增加表面積并減少接觸時(shí)的力。在作為工作區(qū)組成部分的其它工具和設(shè)備上，也應(yīng)采用類似的精心設(shè)計(jì)。這可能包括使用特殊的蓋子，以防止不必要地接觸，避免對(duì)附近工人造成危險(xiǎn)。當(dāng)需要維護(hù)時(shí)，可以拆下蓋子以便檢修。

　　有時(shí)，由于工藝的原因，某些任務(wù)可能會(huì)造成無(wú)法解決的危險(xiǎn)。例如，將零件固定到組件上所需的力可能超出規(guī)范限制。另一種選擇是在操作過(guò)程中，使用輔助設(shè)備限制人員進(jìn)入到受控空間。這可能涉及到諸如光幕之類的組件，以監(jiān)控是否有人進(jìn)入到設(shè)備周邊區(qū)域。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)在執(zhí)行任務(wù)危險(xiǎn)期間提供安全控制，并允許人與機(jī)器人之間的合作。

　　機(jī)器人正在為制造業(yè)和自動(dòng)化公司帶來(lái)獨(dú)特的機(jī)會(huì)。然而，對(duì)如何使用協(xié)作技術(shù)缺乏了解往往會(huì)使這一過(guò)程更加困難。像對(duì)待標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人一樣對(duì)待 cobots 將限制它們所能帶來(lái)的價(jià)值。忽視協(xié)作工作空間所需的安全考慮，將在構(gòu)建過(guò)程中造成不必要的挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)價(jià)值的關(guān)鍵是在設(shè)計(jì)工作空間時(shí)從一開始就考慮到協(xié)作技術(shù)。

　　關(guān)鍵概念：

　　■ 部署協(xié)作機(jī)器人之前，首先要明確機(jī)器人該做什么，能做什么。

　　■ 了解協(xié)作機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)和一般機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

　　思考一下：

　　如何將協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用到貴司的設(shè)施中?