协同机器人和手持机械手

2008年，他们只是好奇。2012年，他们被广泛地视为时尚潮流。但只是一年后，业界开始注意。2013年，一大批竞争对手和追捧者纷纷进军。

现在，协作机器人就在这里。许多人会说他们是未来。

总部位于丹麦的欧登塞的通用机器人全球技术合规官Roberta Nelson Shea说： “协作应用是下一个新的前沿，它真的将推动业务和应用程序，也可能是我们甚至不了解的应用程序。

ABI Research研究预测，到2020年，协同机器人市场将突破10亿美元，拥有超过40,000个协作机器人的行业。

随着越来越多的协作机器人居住在工厂车间，安全性仍然是一个主要的问题。协作机器人与安全携手并进。您不能在不减轻受伤风险的情况下进行人机协作。

自从1982年第一次委员会会议以来，Nelson Shea一直参与机器人安全标准，作为ISO / TC 299的召集人，她继续在标准界保持公正的地位。她曾担任ANSI / RIA 15.06机器人安全标准委员会主席，任职23年，现任主席。今年十月，她还将成为俄亥俄州辛辛那提即将举行的国家机器人安全会议和国际协作机器人研讨会的全明星阵容的一部分。

她说，合作机器人的初步想法受到强烈的怀疑。“安全的前提是让人们远离机器人。但是随后的谈话改为说如果机器人的工具和零件碰到你，没有伤害，为什么不允许联系？

科技中心舞台在IMTS
现在协作机器人是行业中最热门的话题之一，众多文章和研讨会的重点，并在国际展会上获得了首要的舞台时间。在伊利诺伊州芝加哥即将举行的IMTS展会上，一系列协作机器人将进入主流制造业对话。

安川将在北美首次在IMTS上预览其新的HC10协同机器人。速度和力量限制设计使其能够与人类或与人类接近的安全地工作。应用包括材料处理，机器倾斜和轻组装应用。

新的协作机器人靠近人类安全地运行，并且可以通过使用演示功能轻松编程。 （由Yaskawa Motoman提供）ABB机器人的YuMi双臂机器人也将在IMTS上为演出者进行实际的交互式编程演示。

川崎全新的duAro协同机器人将使其在北美的首次亮相IMTS。双臂SCARA机器人在单个轴上操作，设计用于与人类一起处理材料处理，组装，机器倾斜和分配应用。检查duAro的行动，因为它的两个手臂独立工作和本文档打包演示（您可能想要降低您的音量）。

通过协作机器人，自动化现在更包容人类。即使是福特也正在进行这种行为。观看库卡的LBR iiwa协同机器人在汽车装配线上。

机器人，人类并肩在GE
Bright的想法也为通用电气公司的协作机器人铺路。

“传统上，自动化系统的设计并没有被考虑在内。密歇根州范布伦乡镇GE全球研究全球研究自动化中心负责人罗兰·梅纳萨（Roland Menassa）说：“随着机器人成为移动设备，开发更大的与人类互动的能力，这种设计模式不是未来的方式。

他说：“现在我可以在旁边的工厂里放置一个机器人相当不错的机器人，他们可以并行运行。”

通用汽车公司24岁的汽车巨头梅纳萨现在是GE的驻地自动化倡导者。全球研究自动化中心专注于四个主要领域：机器人，控制，材料处理和工作系统集成，跟踪工厂车间的数据流。GE已经将工业物联网（IIOT）和自动化作为关键因素。它引领了工厂优化，或称之为辉煌制造，以优化组织内和全球供应链中材料，人员和流程的流动。

通过其全球总部准备从康涅狄格州转移到马萨诸塞州波士顿，GE及其子公司拥有从喷气发动机，机车和石油和天然气行业到高科技医学成像，药物发现的一切手段，照明灯具

“当我来到GE（2013年），协作机器人开始上市，所以我访问了GE内的不同工厂进行评估，”Menassa说。“我们是非常大型工业产品的小批量生产商，例如重量为数千磅的燃气轮机，或人造规模的中等到大批量的产品，如照明设备和断路器，您有数百个SKU线。

Menassa继续说：“我们还在焊接机器人，重新装备重型设备，并且执行非常困难的过程，但是，当您看到过去五十五年来机器人已经走过的地方，我们仍然看到很多人在组装线。这主要是因为合规材料的挑战。当我们制造断路器或照明灯具时，有很多电线和柔性材料很难处理。挑战是如何将手动过程中的自动化纳入到处理合规部件中？“

进入Sawyer，Rethink Robotics的单臂协同机器人。重新思考可能以Sawyer的大哥Baxter，2013年成为协作机器人的双臂机器人，以及着名的发明家Rethink Robotics创始人和CTO Rodney Brooks而闻名。GE是第一家在2015年机器人推出后将Sawyer上线的制造商。

在位于北卡罗来纳州亨德森维尔的GE照明的装配线上，在人力合作伙伴完成组装之前，协作机器人将组件插入LED路灯。

“这个工厂从来没有机器人多年，”Menassa解释说。“所以为了把机器人带到厂里，我们不知道工人会想什么。我们和工厂进行了一个研讨会，看了不同的应用程序，看看哪里应用是有意义的。然后，我们在工厂内部举办了几个活动，其中我们实际上展示了机器人。我们引进了人们关于机器人可以做什么，你如何真正触及它以及如何使用它的概念。“

Sawyer和Baxter是强力和力量有限的机器人，前面提到的ABB，川崎，库卡和安川机器人，以及FANUC和UR协同机器人在本讨论的后面。动力和力量限制机器人专门设计成通过机器人或控制系统的固有安全特征与人类保持安全接触。这些类型的机器人通常由轻质材料制成，在其接头中具有力和扭矩感测，并且可以具有软填充表皮。

协作操作的四种方法，不同情况
根据ANSI / RIA 15.06和ISO 10218协调机器人安全标准和新的TS 15066，协作运行有四种方法或类型：

〜安全监控停止
〜手动指导
〜速度和分离监控
〜功率和力限制

这些往往是人机交互的最为被误解的方面。为了避免混淆，Nelson Shea建议我们将合作操作的四种方法中的每一种都视为场景而不是不同的模式。

在每一种情况下，您在机器人和人类操作者之间拥有共享的空间。在安全监控的停机中，前提是在与人的共享空间中，机器人根本不移动。用手指导，一个常见的误解是这种方法用于教学。那不是这样，尼尔森·谢（Nelson Shea）说。

“当您将机器人的手臂移动到教授某些任务时，这不是协作意义上的手指导。当你这样做时，它不会自动运行。“

当用于描述协作操作时，指针指示机器人和人占用共享空间的情况，机器人只有在人的直接控制下才能移动。这个视频展示了手工合作的指导。

“在速度和分离监测中，机器人和人都可以在那个空间里移动，”尼尔森·谢（Nelson Shea）解释说，“但如果机器人与人的距离变得太近，机器人就会停止，有效地成为第一个情景（安全监控停止）。在力量和力量限制中，人与机器人之间可能存在接触，但机器人的力量和力量受到限制，并且充分填充或以其他方式，使得如果有任何影响，则不会有任何疼痛和伤害。

她说，也可以在一个机器人系统中代表的四种协作操作方法，甚至四种都可以混合使用。例如，在FANUC CR-35iA协同机器人的这个视频中，使用了三种方法：安全监控停止，手动引导和功率和力限制。

新的TS 15066包括用于计算速度和分离监测的保护间隔距离的公式。但也许技术规范中最有趣的部分是附件，其中包含如何为身体各部分建立疼痛阈值限制的指导，特别是对于力量和力量限制应用。然后可以外推数据，以确定协作应用程序的速度限制。

Robotiq首席技术官Jean-Philippe Jobin说：“尽管有四种合作方式的信息，更有趣的是功率和力量限制机器人，”加拿大魁北克省Lévis协作机器人适应性夹具的制造商Jean-Philippe Jobin说， 。“现在市面上有更多类型的机器人，但除了10218以外，还没有明确的指导，帮助人们安全地将这些机器人安装在他们的工厂。”

Jobin以及总统塞缪尔·博沙尔（Vincent Duchaine）和文森特·杜尚（Vincent Duchaine）于2008年共同组织Robotiq，担任拉瓦尔分校的分校。Jobin还是Nelson Shea的ISO委员会的加拿大技术专家。

风险评估 – 应用程序，而不是机器人
Nelson Shea和Jobin强调任何协作机器人集成的底线都是风险评估。

Jobin说：“风险评估是最重要的方面。“如果您的应用程序需要比文档中所述的更高的力或力量，则并不意味着它不安全。我们从本技术规范中获得的数据与疼痛相关，而10218所要求的数据是不会发生伤害。疼痛与损伤有区别。用户可以做一些测试来证明，即使它们在15066年有所上升，它仍然是安全的，因为它们可以证明机器人在特定情况下不会伤害或伤害人们。“

他说，非常重要的是，在评估风险时，应用程序是主要的关注点，而不是机器人。

Jobin说：“如果你看文件，很少说明机器人。“它指出了协同工作单元或协作应用程序。它涉及电缆，夹具，夹具，机器人和夹具，在该单元内的所有内容。

他说这是一个常见的误解，如果机器人“固有的安全”，那么操作是安全的。不对。例如，如果您的机器人正在操纵锋利的物体，那么在没有保护安全措施的情况下，让人不能安全。另一种情况是，如果机器人正在处理重物体，如果机器人掉落或以特定的速度成为射弹，可能会造成伤害。

安全是GE照明机器人采用过程中的一个主要因素，并使员工对新型协作机器人范式的信心。

“在GE，安全是我们的首要任务，”Menassa说。“任何应用程序都不是关于机器人是否安全，关键是任务是否安全？所以我们做任务评估风险分析。我们遵守所有规则和所有RIA标准。我们带来RIA的人来训练我们。我们确保我们了解机器人在做什么，末端执行器的形状，是否有尖锐的东西，有什么可能最终伤害某人吗？如果我们认为除了机器人的力或力矩限制能力之外，还需要保护，那么我们将放置适当的安全装置，如光幕或激光扫描仪，以便减轻风险。

“RIA发布了我们进行任务评估的方法，”他继续说。“我们通过这个过程的步骤，我们使用他们的方法来评估是否有风险和严重程度。我们试图对其进行任何工程设计，以减轻风险。“

Menassa是指ANSI注册的技术报告RIA TR R15.306-2016，基于任务的风险评估方法。TR 306描述了符合2012年R15.06标准要求的风险评估方法，最近于2016年更新。

虽然在ISO委员会的工作中，目前还没有关于机器人末端执行器的具体安全准则或协作应用程序中的端臂工具。在此期间，建议设计师和集成商遵循TS 15066中的指导原则。Jobin提供了一个例子。

“据说，在任何情况下，操作员不能被机器人困扰。如果没有机器人的力量，并且您被困住，您将能够通过对机器人施加最小的力量去除被困的身体部分而逃脱。这也适用于我们的夹具。如果您的手指卡在夹爪之间，在任何情况下，您都可以从颌骨上移开手指以逃避任何危险（如火灾）。“

安装在协作机器上的手指自适应夹持器容易地操纵精细的电路板。 （由Robotiq提供）Jobin表示，他们有机器人夹具的选择，以减轻合作应用程序中受伤的风险。“这些选项大都是基于硬件的。我们有覆盖物，以保护人们免受夹具上的夹点。在大多数情况下，可以使用我们的产品符合15066。

Robotiq 2指和3指自适应夹具设计为与市场上的各种协作机器人兼容。例如，即插即用集成套件可用于通用机器人的UR系列芯片，包括安装所需的一切，机械接口，所有布线和右侧控制器。夹具在与机器人相同的控制器上运行，并且还显示在示教器接口上。

看看关于Whippany Actuation Systems的这个故事，以及在这个熄灭应用程序中开始使用装备有Robotiq夹具的新型UR机器人是多么容易。

一臂两眼，无尽的可能性
同时，回到GE照明，索耶得到了一次。GE选择Sawyer在大哥Baxter，因为它的有效载荷在4公斤，更好的可重复性+/- 0.1毫米，其细长的轮廓。像双臂兄弟姐妹一样，Sawyer也有一个7自由度的手臂。

Sawyer有一个运动冗余的7轴臂。这种设计为机器人提供了极大的灵活性，特别是在狭窄的空间或与人类合作者合作时。使用7轴，您可以将机器人的肘部旋转，以避免与其他物体或人物接触。想象一下，把握你的把握在一个位置，就像你的方向盘，还有能力旋转你的肘部放在扶手上。

“现在我可以在非常狭窄的空间里工作，如果我在旁边工作的人很重要，”Menassa说。“我不想将肘部靠在某人的身体上，以便将机器人沿一定方向（或配置）移动。当您开始在装配线上看到3至4英尺的较小的脚印时，对我们来说非常重要。

Rethink机器人的独特特征之一是其LCD屏幕上的动画眼睛。Sawyer的表情传达了它的意图。

“人们想知道为什么眼睛在机器人上，”梅纳萨说。“对我们来说，这非常重要。为了使人们对这些机器人感到安全，他们需要了解机器人下一步要做什么。该屏幕上的眼睛非常关键，因为它们在机器人向左移动（到达其手臂）之前向左看。

但机器人的动画眼睛实际上并没有看到任何东西。Sawyer在其头部和手臂上嵌入了视觉传感器。

在GE将工人引入机器人之后，下一步是将Sawyer引入生产区域，Menassa解释说。“我们采取了一些我们认为可行的应用程序，并将其嘲笑在工厂内部，但是在旁边，人们可以开始变得舒适（Sawyer）。

“让机器人做一个任务非常简单。“机器人应用程序的挑战始终是材料演示，”Menassa说。“材料来自哪里，怎么来，我们该怎么抓，我们该怎么办？容器如何回收？什么是Sawyer拿起来的最佳方式，所以你不会经历3D空间的旋转？这是浪费循环时间。如果我们解决这个问题，机器人就可以执行它的任务。“

梅纳萨说，这需要一些试验和错误，但他们最终设计了一个很好的策略来部分演示给机器人。“我们开发了非常低成本的泡沫塑料支架和非常便宜的机架结构，我们可以在其前面拥有两个小时的生产材料。”

增值人员，非增值任务
机器人Menassa表示，没有必要重新配置装配线。他们只是把Sawyer放进了这个过程。2015年12月，Sawyer加入了他的同事们的主线。

Menassa解释说：“无论是任何人的任务，无论是60秒周期还是2分钟周期，您将看到50％至70％是我们所称的非增值业务。“这是当你离开工作，抓住一个工具或一部分，看一个文件，或当你走在牢房周围。当您最终将零件添加到装配体中时，这是您花费的唯一增值时间。其余的是非价值的。其实有些是浪费的。

“索耶抓住零件，把它们放在装配中。但人类正在确保它是适当的，并插入最后的螺丝，使用人类善于 – 灵巧，感知和逻辑。对于我们来说，提升人员在装配线上的作用就是把重心放在质量上 – 把重点放在增值上是非常重要的。“

“这是一个巨大的胜利，”他补充说。“这是一个需要扩大产量的企业，因为需求。问题是如何在不添加人的情况下实现更高的产出？有时由于空间限制，添加人很难。通过添加机器人，我们能够以相同数量的人实现更高的产出，以低成本和灵活的技术以最低的成本实现。低成本，灵活自动化的概念是真正的协作机器人。“

2015年，GE通过风险投资部门投资了Rethink Robotics。GE Ventures在Betzos Expeditions（亚马逊创始人兼首席执行官Jeff Bezos的投资公司），Charles River Ventures和Rethink的其他投资者之间的高盛公司处于良好的状态。

在制造商的全球研究机构正在开发的移动电话机正在使用安装在自行车上的铰接机器人将机器人带到机器上。 （由GE Global Research提供）通用电气还正在与伙伴供应商开发移动协作机器人，Menassa说。“与移动互动合作将使我们有一个终极的愿景，即拥有一个移动机器人，可以在工厂进行任务，并执行多项任务，利用该机器人的每一分钟，特别是在小批量生产中。

自2013年以来，GE与自主驾驶车辆开发商Clearpath Robotics合作。Menassa表示，通用电气正在尝试在自主移动平台上安装的协作机器人和传统机器人，如OTTO 1500（如图）。

“现在我们有移动机器人，可以趋向于数控和添加机器，”他说。“将机器人引入机器将使GE能够保持灵活灵活，同时将产品规模扩大到移动协作自动化。”

去年九月，GE Ventures也成为Clearpath机器人技术的战略投资者。OTTO自驾车已被选中，以便在威斯康辛州的GE Healthcare维修厂自动准时配送。

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