如何構建不傷害人類的工業機器人
http://www.moduwu.com 2015-08-28 15:20 來源：cnbeta
據彭博社報道，今年6月，德國大眾汽車一個加工車間，一位年僅22歲的維修工人因機器人出現故障而被“意外殺死”。此事件使得各大媒體紛紛開始討論人類與未來機器人“和平共處”的安全可靠性。那么，在今天這個不斷智能化、自動化的世界里，我們怎樣才能保證機器人可以安全地站立于人類身旁，在共享有限空間的前提下協同工作呢？
安全而高效的人類交互機器人——或稱為“協作機器人”（cobotics），將會對組裝生產線、家務勞動服務、健康保險領域以及物流產業產生革新作用。
汽車制造商和航空航天設備生產商都已經大規模引用自動化的機器人系統，英國航空公司（BAE Systems）在本月早些時候也宣布了要使用協作機器人來建造軍用飛機的計劃。
隔離
但截至目前，工業機器人在“與人類共享空間”方面仍談不上安全可靠——僅美國市場，每年因機器人造成的意外死亡就有20多起——因此大多數時候，機器人活動的區域是需要用屏障圍護起來的。
“它們在搬運重物等單一操作上，非常高效實用。但是它們只能進行盲目且沒有智慧移動，因此在過程中一旦觸碰到人，就很可能造成嚴重事故，甚至導致死亡。”德國弗勞恩霍夫研究所工廠操作和自動化研究員Jos Saenz表示。
與早期機器人不同，“協作機器人”安裝有傳感器并具備安全特性，能有效地偵測周圍出現的人及作出相應反應。這樣的設計讓人和機器人組成了完美搭配：后者的強度和精確度配合前者的視覺、感知、思維和適應力將可釋放出更高效的生產力。
人與機器人的組合至少在現在而言是融洽的，因為人類具備的很多技能如今并不可以通過程序被創造出來。“有很多的經驗和非書本上的知識是沒有辦法用程序代碼表達的。譬如，一個工人可以察覺得到某些狀況不對，或者電鉆的震動不合往常，或者某個材料太硬。”Saenz表示，“想要通過文檔的形式把這些記錄下來，將很難做到。”
避免受傷
在利用“協作機器人”方面走得比較靠前的是BMW。2013年，BMW為旗下位于美國南加州的工廠安裝了由丹麥Universal Robots公司設計生產的機器人。該機器人可以在工人手握車門組件的情況下，通過噴射膠水以幫助完成汽車車門的隔離和水封操作。沒有這些機器人，傳統的手工操作將十分費力，并且還可能會導致手腕職業傷。
“我們感興趣的是人體工學和安全性。機器人可以生產線上進行推拉這樣重復性的操作而不受到傷害。”BMW組裝和物流部門負責人Rich Morris表示，“這些機器人與工人協同工作，工人們都愛死它了。”
但是當一個工人距離機器人太近了會怎樣？“機器人首先會警告說你靠得太近。”Morris表示，“然后它會停止當前操作。”
今年，機器人又被應用到了另一人體工程學繁重的任務上：向車底盤的孔內插入硬橡膠。“很多工人在做這件事時導致大拇指受傷。”Morris解釋道。起初，BMW通過3D打印開發了保護骨骼來支撐手指，但如今擁有“超級拇指”的協作機器人已經完全接管了這項任務。
通過示范來學習
最高級的協作機器人在功能上是靈活的，因此同一款機器人型號可以輕松的跟進任務的不同而重新切換模式，如排列任務、裝卸貨任務以及處理原材料任務等模式。
Rethink Robotics設計的Baxter機器人擁有兩只機械臂和一個動態表情面部（屏幕）。該機器人可以通過被示范訓練來學習執行各類任務：人類可以控制機器人的手臂，并指定一系列動作，機器人會記住并重復，從而達到示范學習的目的。而頭部的屏幕則會通過表情提示告知周圍的人當前正在執行的任務，或者正遭遇的問題。
首個脫離實驗室并投入實際使用的Baxter，是2015年2月由澳大利亞糖果巨頭Haigh's Chocolates引進的巧克力挑揀機器人。該機器人與其他工廠工人協同工作，全程無保護無隔離。
靈活性和精度
協作機器人下一個主要適用領域是消費者電子品的組裝生產，該行業目前主要依賴人力。
今年3月，Baxter迎來了一個“一只手”的小兄弟Sawyer，該機器人被設計用于執行電路板測試和機器操作等目的。
此外，幾乎同一時間，總部在瑞士蘇黎世的ABB公司也推出了名為YuMi的機器人，該機器人配有大量傳感器，可以精準地將線穿過縫衣針。
YuMi的小尺寸和移動范圍等特點讓其成為了小型組裝生產線的完美搭配，譬如智能手機、筆記本電腦和平板電腦等。
“這些特點對于在工廠中最大化利用空間，以及在小型工作室中安裝機器人是至關重要的。”ABB營銷部門主管Steven Wyatt表示。
一旦協作機器人在工業界廣泛裝配并完成測試，它們就有可能會立即出現在家庭市場上，當然這其中也有不少特別的挑戰。
“在工業環境中，會出現的人類通常都是18歲以上的成年人，足夠理解工作環境中穿戴護目鏡和硬皮鞋的重要性。但是在家庭環境下，一切都會變得不同，譬如寵物和小孩會在地上滾爬等。”Saenz指出，“不過家庭市場卻是一個更大的市場。”
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