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在近的幾年中，工業(yè)機(jī)器人在全球制造業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在一些發(fā)展中國家的勞動密集型行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的越來越廣泛。機(jī)器人密度成為評價(jià)一國制造業(yè)自動化水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。面臨中國人口紅利拐點(diǎn)，中國工人在“機(jī)器換人”的政策之風(fēng)下，也面臨著失業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。同時，由于機(jī)器人技術(shù)水平以及集成度的關(guān)系，從一條智能化的工業(yè)4.0生產(chǎn)線來看，人工工位依舊存在，人機(jī)協(xié)作成為工業(yè)4.0的主流技術(shù)。

在近的幾年中，工業(yè)機(jī)器人在全球制造業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在一些發(fā)展中國家的勞動密集型行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的越來越廣泛。機(jī)器人密度成為評價(jià)一國制造業(yè)自動化水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。面臨中國人口紅利拐點(diǎn)，中國工人在“機(jī)器換人”的政策之風(fēng)下，也面臨著失業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。同時，由于機(jī)器人技術(shù)水平以及集成度的關(guān)系，從一條智能化的工業(yè)4.0生產(chǎn)線來看，人工工位依舊存在，人機(jī)協(xié)作成為工業(yè)4.0的主流技術(shù)。機(jī)器人是技術(shù)工人的助手，做重復(fù)性的“臟活、累活”，減輕技術(shù)工人的負(fù)擔(dān)，并確保與工人“安全互動”。

這么多年，人們一直在研究使用機(jī)器人的安全問題。美國更是提出處于協(xié)同工作模式下的機(jī)器人必須滿足標(biāo)準(zhǔn)提出的四項(xiàng)要求之一：具有安全等級的受控制動；手控；速度和間距監(jiān)控；限制功率和力。國際委員會據(jù)此起草了ISO技術(shù)規(guī)范（TS）15066，作為在協(xié)同工作模式下使用此標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)。本文，我們就來盤點(diǎn)一下機(jī)器人集成方案中的工業(yè)安全控制方案。盡管存在以上四個方面的要求，但從實(shí)際機(jī)器人集成方案來看，人機(jī)協(xié)作的安全控制方案無非兩種，一種是基于外部監(jiān)控的外部控制系統(tǒng)方案，另一種則是基于機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的內(nèi)部控制系統(tǒng)方案。

區(qū)域監(jiān)控方案：激光距離傳感器安全光幕,大部分情況下，人類與機(jī)器人協(xié)同工作時，都要在機(jī)器人或者其所在的環(huán)境中安裝激光距離傳感器等，用于監(jiān)控機(jī)器人的整個工作區(qū)域。這種情況下，佳解決辦法是增加一個區(qū)域掃描或者光幕，可以監(jiān)測到“快速操作區(qū)域”內(nèi)是否有工人。例如安川Motoman機(jī)器人，其功能安全選配單元上采用了具有安全等級的受控制動組件，后者位于機(jī)器人的控制器上。外部安全激光傳感器可以發(fā)現(xiàn)人員是否進(jìn)入機(jī)器人作業(yè)區(qū)域，并通知機(jī)器人手臂減速或者停止。S4系列安全光幕：固定、浮動屏蔽，二次觸發(fā)等功能。分辨率14mm、21mm、36mm；光軸間距7.5mm、15mm、30mm；保護(hù)高度：（光軸數(shù)-1）*光軸距；適用于保護(hù)長度為0-6000mm以內(nèi)的折彎機(jī)或保護(hù)區(qū)域。

輕量型設(shè)計(jì)方案：機(jī)器人本體輕量化。輕量型設(shè)計(jì)也是人機(jī)協(xié)作安全的一個可行方案，通過減輕機(jī)器人的機(jī)身重量，可以有效地降低其對人體的沖擊，從而確保人機(jī)協(xié)作的安全。例如德國Bionic Robtics公司就開發(fā)了一款不配備安全傳感器也能與人協(xié)同工作的機(jī)器人——“Bio Rob Lightweight Robot（Bio Rob）”。人類與BioRob協(xié)同工作不需要任何安全措施，主要是因?yàn)锽ioRob在研發(fā)時大幅減輕了機(jī)身重量，屬于輕量級機(jī)器人，即使是與人類并肩工作，它的碰撞到人類，人類也會減少它帶來的沖擊。庫卡LBRIIWA系列協(xié)作機(jī)器人首次實(shí)現(xiàn)人類與機(jī)器人之間的直接合作，以完成高靈敏度需求的任務(wù)。無需防護(hù)欄，工作范圍擴(kuò)展至全新領(lǐng)域，從而獲得更多經(jīng)濟(jì)效益并且達(dá)到高效率。

“本質(zhì)安全”方案：彈性驅(qū)動系統(tǒng)。Rethink Robotics公司的Baxter在2012年9月份投入美國市場后受到了廣泛的關(guān)注。作為全用途車間作業(yè)機(jī)器人，Baxter的設(shè)計(jì)使其無需價(jià)格高昂的編程，就可以在常規(guī)狀態(tài)下安全地與工人協(xié)同作業(yè)。Baxter號稱“本質(zhì)安全”。相比于剛性驅(qū)動，彈性驅(qū)動更加符合安全要求，就像被彈簧彈中和被硬物擊中的差別一樣。為Baxter贏得成功的專利技術(shù)誕生于麻省理工學(xué)院，核心技術(shù)為串聯(lián)彈性驅(qū)動器（SEA），SEA包括一臺電機(jī)、一個齒輪箱和一個彈簧。SEA的工作方式是通過測量彈簧的壓縮量來控制力的輸出，對于彈簧壓縮量的測量就是一個力傳感器。

力受限方案：運(yùn)動控制系統(tǒng)。對于力受限的協(xié)同機(jī)器人進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估時，如果機(jī)器人調(diào)試到合理的力量和速度，潛在傷害的嚴(yán)重程度可以降低。例如Universal Robots公司的UR系列機(jī)器人，其重量只有18kg，其專利傳感器技術(shù)幫助其實(shí)現(xiàn)功率和力的限制功能。機(jī)器人知道使用多少力就足以提起負(fù)載并移動它，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)移動過程中所需的力矩或者力過高，例如在發(fā)生碰撞事故時，機(jī)器人手臂就會安全關(guān)斷不會造成傷害事故。匯川技術(shù)的機(jī)器人產(chǎn)品可在任何運(yùn)動時刻監(jiān)測是否有碰撞發(fā)生?；谧詣訉W(xué)習(xí)功能，在線監(jiān)測與診斷重復(fù)軌跡是否發(fā)生碰撞；基于動力學(xué)模型控制，主動預(yù)估非重復(fù)軌跡是否發(fā)生碰撞；同時可實(shí)現(xiàn)在機(jī)器人故障、撞擊情況下的力矩及速度限制，終實(shí)現(xiàn)安全停機(jī)。另外，深圳眾為興RX600機(jī)器人控制系統(tǒng)，也集成有安全扭矩關(guān)斷、安全停車等安全控制功能。

上面就是我們討論的工業(yè)機(jī)器人人機(jī)協(xié)作安全問題的幾個典型的解決方案，這幾個方案在機(jī)器人集成中并非獨(dú)立應(yīng)用，而是互相滲透加持。而在未來，隨著人工智能的全面發(fā)展，未來工業(yè)機(jī)器人或?qū)⒑椭悄軝C(jī)器人一樣，具有更加智能的安全防護(hù)功能，從而在高效生產(chǎn)過程中保障工人安全。

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