在傳統(tǒng)的印象中，工業(yè)機(jī)器人一般都是外表堅(jiān)硬、外形粗壯的龐然大物，它們沒有思想和感覺，因此無法和人類一起“愉快”地工作。如今伴隨著協(xié)同作業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，這一現(xiàn)象正在發(fā)生改變。

說不定哪天，你的老板會這樣向你介紹：“來打個招呼吧，這位是你的機(jī)器人新同事。”

從2015年工博會上的機(jī)器人展上可以看到，不少工業(yè)機(jī)器人都走出了“玻璃罩”，可以和人近距離親密接觸。在工博會的展館里兜了一圈，ABB、KUKA、川崎機(jī)器人……不少展臺人員告訴記者，他們在今年開始推出能與人協(xié)同工作的機(jī)器人。

與機(jī)器人一起工作

這種協(xié)同，甚至不要求使用者有復(fù)雜的編程，只需要能夠分解機(jī)器人的動作，并引導(dǎo)機(jī)器人模仿即可，這個過程被稱為“示教”。

在四大機(jī)器人公司之一的ABB展臺，記者親身體驗(yàn)了一次如何與機(jī)器人YuMi協(xié)同作業(yè)。

舉個例子，讓機(jī)器遞給你一支筆要分幾步?

答案總共分五步。首先是定位。要找到目標(biāo)的具體位置需要縮小范圍，將機(jī)械手臂定位在目標(biāo)物品(也就是筆)的上方。其次是精準(zhǔn)拾起，這一步需要機(jī)械臂接觸臺面。再次是用前端夾緊目標(biāo)物體。接著，將機(jī)器人手臂向上移動，與人保持合適距離。最后，讓機(jī)器人松開筆。

在這個過程中，即便不會編程代碼也絲毫不會影響機(jī)器與人的協(xié)同。

YuMi的設(shè)計(jì)是為了滿足小件裝配的生產(chǎn)需求，尤其是消費(fèi)電子產(chǎn)品行業(yè)對柔性生產(chǎn)和靈活制造的需求。這主要得益于其雙臂設(shè)計(jì)、多功能智能雙手、通用小件進(jìn)料器、精密運(yùn)動控制、基于機(jī)器視覺的部件定位、以及先進(jìn)的控制系統(tǒng)和軟件。

不過，如何來保證與人協(xié)作的安全性呢?

YuMi擁有一副輕量化的鎂鋁合金骨架以及被軟性材料包裹的塑料外殼，能夠很好地吸收外部的沖擊，在幾毫秒內(nèi)暫停運(yùn)動以避免傷害。

此外，ABB工程有限公司機(jī)器人部小機(jī)器人全球產(chǎn)品經(jīng)理菲利普還告訴記者，這些都要經(jīng)過很多測試，“我們把機(jī)器人安置在排球中，然后觀察機(jī)器人運(yùn)動時排球被彈出的距離，我們會通過特別的設(shè)計(jì)把傷害降到最低”。

菲利普提到有四個技術(shù)可以保護(hù)人的安全。比如安全制動與手動控制、要給機(jī)器安排合適的速度和區(qū)隔，運(yùn)動的速度越快，就越需要人與機(jī)器人相隔較遠(yuǎn)的距離，同事對機(jī)器人的設(shè)置要進(jìn)行功率和力的控制，以及劃分人與機(jī)器的共享區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)機(jī)器能夠感知到人并將速度和功率放緩，而在純機(jī)器工作的區(qū)域內(nèi)則可以快速進(jìn)行工作。

中外差距幾何

在展區(qū)可以看到，各家知名機(jī)器人公司都推出了人機(jī)協(xié)作的產(chǎn)品。

相比小巧的YuMi，發(fā)那科在中國地區(qū)首次發(fā)布的協(xié)作機(jī)器人CR-35iA是個“力量型”選手，其手腕部最大負(fù)載達(dá)到35kg，運(yùn)動可達(dá)半徑1813mm。這款機(jī)器人綠色的罩殼可以緩和沖擊力，接觸到人時，就會立刻安全地自動停止。良好的安全性能和較大的負(fù)載使得CR-35iA能夠被廣泛地應(yīng)用于汽車制造、機(jī)床上下料等行業(yè)應(yīng)用中。

KUKA推出的LBR iiwa機(jī)器人是一個靈敏的集合體，可以在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行速度和力量的切換。為了確保這種復(fù)位精度，需要馬達(dá)和減速器的密切配合滿足機(jī)器人的最佳速度和人機(jī)協(xié)作(HRC)相結(jié)合。

不過，這并非外國的專長。菲利普在聊起他的中國同行時表示：“我認(rèn)為他們在市場上做的也很好，反應(yīng)速度越來越快，質(zhì)量也在越來越好”。

這次，新松機(jī)器人(300024.SZ)在工博會上就首次推出了7軸的柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人。其展示的方法也十分特別：由武術(shù)表演家和機(jī)械舞舞者進(jìn)行了太極推手和舞蹈互動。當(dāng)然，展示之外，它也滿足精密裝配、產(chǎn)品包裝、打磨、檢測、機(jī)床上下料等工業(yè)操作需要。

“傳統(tǒng)的操作是編程，但是機(jī)器人和人的跳舞我是沒法事前錄程序的，這是舞蹈演員對機(jī)器人進(jìn)行的拖拽式教育，給予力的感知，這對機(jī)器人的應(yīng)用有重大突破。”中科新松有限公司副總裁楊躒告訴記者。

他表示，人機(jī)互動的技術(shù)難點(diǎn)在于“能夠遇到障礙物時及時停下來，這是以前傳統(tǒng)機(jī)器人做不到的”還有“對環(huán)境進(jìn)行感知和預(yù)判”。而這要?dú)w功于特別的柔順力系統(tǒng)，即對用力進(jìn)行主導(dǎo)的控制有位置感知，能進(jìn)行人機(jī)協(xié)作，一旦察覺力量變化，機(jī)器人會馬上停止工作。

顯然，盡管技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑或有差異，但國內(nèi)外的機(jī)器人公司都看好了未來人機(jī)協(xié)作的市場空間。

目前，中國已成為全球最大、增長最快的工業(yè)機(jī)器人市場。2014年，中國市場的工業(yè)機(jī)器人銷量超過5.7萬臺，同比勁增56%，占全球銷量的25%。但從工業(yè)機(jī)器人使用密度來看，中國市場仍然擁有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑH機(jī)器人聯(lián)合會數(shù)據(jù)顯示，2014年我國每萬名產(chǎn)業(yè)工人所擁有的機(jī)器人數(shù)量僅有36臺，低于世界平均水平(66臺)，更是遠(yuǎn)低于自動化程度較高的韓國(478臺)、日本(314臺)和德國(292臺)。

“現(xiàn)在國外有類似技術(shù)的公司也并不多，我們與國外并沒有差距。” 楊躒顯得信心滿滿。他認(rèn)為機(jī)器人和人的協(xié)同本就如中國工程院首批院士之一蔣新松曾經(jīng)指出的那樣：柔性與人工智能會決定機(jī)器人發(fā)展的總趨勢，也是機(jī)器人發(fā)展的必由之路。結(jié)合中國勞動力的情況來看，市場情況也會符合預(yù)期。

蔣新松被譽(yù)為“中國機(jī)器人之父”。他在1996年11月曾經(jīng)發(fā)表論文《未來機(jī)器人技術(shù)發(fā)展方向的探討》中提到“在高級機(jī)器人的人機(jī)遙控和監(jiān)控中，人主要的工作是對機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行分析及判斷，根據(jù)給定的命令，以人機(jī)交互的方式作出決策及制定機(jī)器人的行動規(guī)劃”。

而在論文發(fā)表近二十年后，這些構(gòu)想終于真的要成為現(xiàn)實(shí)。