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人机共舞的协作机器人

随着我国人口红利的消失以及《中国制造2025》规划的出台，中国已连续3年成为全球最大工业机器人市场。机器人产业迎来了前所未有的机遇。但目前工业机器人还存在着不少问题：①机器人基本靠离、在线编程完成预先设定的动作，智能化程度不高；②由于环境自适应性差、结构笨重、运行噪音大，为保证安全机器人基本工作在隔离网内，缺少人机交互；③机器人安装调试周期长，不适应企业对客户的快速响应和市场变化；④机器人成本较高，企业一次性投入负担比较重。为此，美国、欧洲、日本等发达国家把开发能与人类协同工作的下一代协作性机器人作为主攻方向，利用物联网、大数据、人工智能等技术实现机器人的自主感知、规划、学习、和决策能力，使机器人能够根据环境与任务的变化，执行正确的动作，实现人与机器人协调工作。协作机器人接近传统的工业机器人没有外围设备，但是人们一般无法获得它们。与之相反，协作机器人设计用于在运行时与人安全互动，缓慢而优雅地移动。根据ISO标准TS 15066的定义，协作机器人是一种能够用在协作环境中的机器人，协作操作意味着机器人和人在定义的工作空间内同步工作，进行生产操作(这不包括机器人 + 机器人系统或同地协作、在不同时间进行操作的人与机器人)。定义和部署协作机器人，可预测机器人的实体部分(如实际功能扩展，比方说激光)与操作员的潜在冲突。更重要的是，这会利用传感器来确定操作员的精确位置和速度。协作机器人制造者必须在机器人系统中实施高水平的环境感应和冗余，以便快速探测和防止可能的冲突。集成式传感器与控制单元连接，将可传感机器人臂与人或其他对象的迫在眉睫的冲突，控制单元将立即关闭机器人。如果任何传感器或其电子电路故障，机器人也将关闭。人机协作机器人的主要优势人机协作机器人具有以下几个优势：①通过多传感器融合，提高机器人智能水平，使编程更加简单，提高环境适应性；②结构灵巧、低功耗、低噪声，无需安全围栏实现人机并肩工作；③小型、轻巧、可移动、安装方便、即插即用，为用户降低成本和时间；④使用范围广，不仅可以用在工业制造领域，也可以用在家庭服务、休闲娱乐场合。人机协作机器人德国DLR、美国NASA等机构从20世纪80年代开始研究空间机器人，并将此轻量、灵巧的机器人应用推广到民用领域丹麦Universal Robots推出的三款系列UR 机器人是目前协作机器人商业化最好的，并且发展迅速，这种机器人重量很轻，易于安装，具有非常直观的编程功能。ABB的人机协作双臂工业机器人YuMi，采用双臂设计具有视觉和触觉传感器．每个手臂有7个轴并以软性材料包裹，可以扩大工作范围精度达到0．02mm，同时配备力传感，只要碰到人类可在几毫秒内停止，可在开放环境中与人类一起工作。KUKA的LBR iiwa有7个轴，能够在适"-3位置进行操作和柔顺控制，其所有的轴中都具有高性能碰撞检测功能和集成的关节力矩传感器。协作机器人与传统机器人有什么不同？本质上讲，协作机器人与传统机器人之间并没有非常大的不同，只是基于不同的设计理念生产的工业机器人产品，在协作机器人发展初期，很多都是从传统机器人的基础上改造的。如果非要找不同，第一个不同是这两种机器人所面向的目标市场不一样，这个前面已经解释过，不再赘述。第二个不同点是二者替代的对象不一样。以传统机器人为主的自动化改造是用生产线代替生产线，机器人做为整个生产线中的组成部分，很难单独拿出来，如果某个环节的机器人坏了，在没有设计备份的情况下，整个产线可能要停工。而协作机器人的独立性很强，它代替的是单独的人，二者之间可以互换，一个协作机器人坏了，挪开找个人代替就好了，整个生产流程的灵活性非常高。推动机器人的AI处理技术至边缘计算无论是传统的工业机器人系统，还是当今最先进的协作机器人(Cobot)，它们都要依靠可生成大量高度可变数据的传感器。这些数据有助于构建更佳的机器学习(ML)和人工智能(AI)模型。而机器人依靠这些模型变得“自主”，可在动态的现实环境中做出实时决策和导航。

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