合作机器人与安全携手并进

2008年，他们只是一个好奇心。2012年，他们在很大程度上被视为一种时尚。但只有一年后，该行业开始注意。一流的竞争对手和档案2013年加入了这场战争．

现在，协作机器人将会继续存在。很多人会说它们就是未来。

“协作应用是下一个新的前沿，它真的可以推动业务和应用程序，并且可能是我们甚至不知道的应用程序，”Roberta Nelson Shea表示，普遍机器人全球新的全球技术合规官总部设在丹麦的欧登塞。

ABI的一项研究预测到2020年，协同机器人市场将飙升至10亿美元，罂粟生产的合作机器人拥有4万多。

作为越来越多的协作机器人居住工厂地板，安全仍然是一个主要问题。合作机器人和安全携手共进。在不降低伤害风险的情况下，您无法进行人员机器人合作。

正如我们在文章中提到的1月的编辑预览，协作机器人领域最受期待的技术规范之一于2月发布。ISO/TS 15066:2016《机器人和机器人设备–协作机器人》为人类-机器人协作系统的设计者、集成商和用户提供了数据驱动的指南，指导他们如何评估和降低风险。

Nelson Shea是负责制定新技术规范的ISO技术委员会299工作组3（ISO/TC 299 WG3）的召集人。这文章总结了TS 15066，并很好地突出了细节，包括采访Nelson Shea和其他委员会成员。完整的技术规格可在RIA书店．

2016年10月17日至19日全国机器人安全大会和10月20日国际协作机器人研讨会!

Nelson Shea自1982年第一次委员会会议以来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不偏不倚的地位。她曾担任ANSI/RIA 15.06机器人安全标准委员会主席23年，现在是名誉主席。今年10月，她也将担任主席作为即将在俄亥俄州辛辛那提举行的国家机器人安全会议和国际合作机器人研讨会的全明星演讲者阵容的一部分。

她说，协作机器人的最初想法遭到了强烈的怀疑。“关于安全的前提是让人们远离机器人。但是后来谈话改为说，如果机器人及其工具和部件接触到你，并且没有受伤，为什么不允许接触？”

IMTS的Cobot中心舞台
如今，协作机器人技术已成为业界最热门的话题之一，成为众多文章和研讨会的焦点，并在国际贸易博览会上占据了重要的舞台。在即将在伊利诺伊州芝加哥举行的IMTS展会上，一系列协作机器人将进入主流制造业对话。

安川Motoman将首次在北美IMTS上预览其新型HC10协作机器人。速度和力量有限的设计，使它能够安全地工作，或在接近人类。应用包括材料搬运、机器维护和轻组件应用。看Motoman HC10合作机器人在这个演示视频中。

ABB机器人公司YuMi双臂机器人也将参加IMTS这是一个面向观众的动手、交互式编程演示。

川崎的新型duAro协作机器人将在IMTS上首次在北美亮相。双臂SCARA机器人在单轴上操作，并被设计为在材料处理、装配、机器照管和分配应用中与人类一起工作。查看duAro的行动由于其两者独立工作，并且在本文件包装演示中均为一个（您可能需要调低音量）．

今年早些时候，环球机器人公司发布了一份有趣的信息图表，以说明协作机器人技术的出现。你可以去看看这里．

通过协作机器人，自动化现在更包含人类。甚至福特开始行动了。看看KUKA的LBR iiwa合作机器人在汽车装配线上。

机器人，人类肩并肩在通用电气
聪明的想法也为通用电气公司的合作机器人技术铺平了道路。

“传统上，自动化系统的设计不考虑人的因素。但随着机器人的移动和与人类互动能力的提高，这种设计模式已不是未来的发展方向，”密歇根州范布伦镇GE全球研究自动化中心全球研究中心负责人罗兰·梅纳萨（Roland Menassa）表示。

他说：“现在我可以把一个功能相当不错的机器人放在工厂地板上，与人相邻，他们可以并排操作。”。

Menassa是一般汽车校友与汽车巨头24年后，目前是GE的居民自动化倡导者。全球研究自动化中心侧重于四个主要领域：机器人，控制，物料处理和工作系统集成，其追踪了工厂地板上的数据流程。GE已将工业互联网（IIOT）和自动化作为关键成分。它正在掌握工厂优化，或者它所谓的辉煌制造，以优化组织内的材料，人员和流程以及其全球供应链的流动。

通用电气及其子公司的全球总部正准备从康涅狄格州迁至马萨诸塞州波士顿，从喷气式发动机、机车、石油和天然气行业，到高科技医疗成像、药物发现，当然还有照明设备，它们的业务无所不包。

梅纳萨说:“我在2013年来到通用电气时，协作机器人已经开始在市场上运行，所以我访问了通用电气的不同工厂，做了评估。”“我们要么是非常大型工业产品(如数千磅重的燃气涡轮机)的小批量制造商，要么是人类规模的中大批量产品(如照明灯具和断路器)的制造商，其中有数百个sku在生产线上。

“We’re still going to weld and have robots handling heavy equipment and performing very difficult processes,” continues Menassa, “but when you look at where robotics has gone in the last 55 years, we still see a lot of people on the assembly line. And that’s primarily because of the challenges in compliant material. When we make our circuit breakers or lighting fixtures, there are wires and flexible materials that are very hard to handle. The challenge becomes how do you interject automation in a manual process to handle compliant parts?”

再思机器人公司(Rethink Robotics)的单臂协作机器人Sawyer登场了。Rethink机器人最出名的可能是Sawyer的大哥Baxter，这个双臂机器人在2013年成为合作机器人的代表，以及它的著名发明者，Rethink robotics创始人兼首席技术官罗德尼·布鲁克斯。2015年，机器人推出后，通用电气是第一个让Sawyer在装配线上工作的制造商。

在GE照明的装配线上观看锯晶在那里，协作机器人在人类同事完成组装之前，将组件插入LED路灯装置。

“工厂多年来从未有过机器人，”Menassa解释道。“所以在工厂里面带一个机器人，我们不知道工人会想到什么。我们有一个与工厂的研讨会，看着不同的应用程序，看着它是有道理的。然后，我们在植物本身内举行了几个竞选活动，我们实际上有机器人展示。我们将人们介绍给机器人可以做的事情的概念，你真的如何触摸它，以及如何与之合作。“

Sawyer和Baxter是功率和力有限的机器人，ABB、Kawasaki、KUKA和Yaskawa机器人也一样，以及稍后讨论的FANUC和UR合作机器人。动力和力有限的机器人是专门设计的，通过机器人或控制系统固有的安全特性与人类进行安全接触。这些类型的机器人通常由轻质材料制成，在关节上有力和扭矩传感器，可能还有柔软的填充皮肤。

四种协作操作方法，不同场景
根据ANSI / RIA 15.06和ISO 10218协调机器人安全标准和新的TS 15066，有四种方法或类型的协作操作：

〜安全额定受监控的停止
~手指导
〜速度和分离监测
〜动力和力量限制

这些往往是人体机器人协作的最误解的方面。为了避免混淆，纳尔逊谢伊表明我们认为四种协作操作方法中的每一个作为场景，而不是明显的模式。

在每种情况下，机器人和操作员之间都有一个共享空间。在安全等级的监控停止中，前提是在与人共享的空间中，机器人完全不移动。在手工指导下，一个常见的误解是这种方法是用于教学的。Nelson Shea说，事实并非如此。

“当你移动机器人的手臂，教它执行某些任务时，这不是协作意义上的手动引导。当你这样做的时候，它不是自动运行的。”

当用于描述协作操作时，手引导表示机器人和人占据共享空间的情况，并且机器人仅在人的直接控制下移动。这视频演示手动引导在协作操作中。

“在速度和分离监控中，机器人和人都可以在该空间移动，”Nelson Shea解释道，“但如果机器人和人之间的距离变得太近，机器人就会停止，实际上就像第一个场景一样（安全等级监控停止）.在功率和力限制中，人和机器人之间可以接触，但机器人的功率和力受到限制，并且有足够的衬垫或其他，因此，如果有任何冲击，就不会有疼痛和伤害。”

她说，在一个机器人系统中也可以混合使用四种协作操作方法，甚至四种方法都可以。比如说这个,FANUC CR-35iA合作机器人的视频，三种方法被使用:安全级监视停止，手引导，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分离距离的公式。但也许技术规范最有趣的部分是附件，其中包含关于如何为身体各个部位建立疼痛阈值限制的指导，特别是对于电力和力限制应用。然后可以将数据推断以确定协作应用的速度限制。

“虽然有关于四种协作操作模式的信息，但对于电力和力量有限的机器人来说，越有趣的东西就是有趣的，”CTO在加拿大的协作机器人的自适应夹具制造商的Jean-Philippe Jobin Jean-Philippe Jobin Mobin说．“现在这些机器人的更多类型在市场上，但除了10218，没有明确的指导，以帮助人们在工厂中安全地安装这些机器人。”

2008年，Jobin与校长Samuel Bouchard和Vincent Duchaine共同创立了Robotiq，作为拉瓦尔大学的副产品。Jobin也是ISO委员会的加拿大技术专家，与Nelson Shea一起工作。

风险评估-应用，而不是机器人
Nelson Shea和Jobin都强调，任何合作机器人集成的底线都是风险评估。

“风险评估是最重要的方面，”Jobin说。“如果您的申请需要比文档中所述的更高力或功率略高，那并不意味着它不安全。我们从该技术规范中获得的数据是相对于疼痛，而10218所需的是，不应该发生伤害。疼痛和伤害之间存在差异。用户可以进行测试，以表明，即使他们在15066年的符合它的比例，它仍然是安全的，因为他们可以证明机器人不能在那些具体情况下伤害或伤害人民。“

他说，非常重要的是要注意，在评估风险时，主要关注的是应用程序，而不是机器人。

“如果你看一下文件，你会发现上面很少提到机器人，”Jobin说。它表示协作工作单元或协作应用程序。它包括电缆、夹具、夹具、机器人和抓手，以及细胞内的一切东西。”

他说，一个常见的误解是，如果机器人“本质上是安全的”，那么手术就是安全的。不正确的。例如，如果你的机器人正在操作尖锐的物体，那么在它旁边有一个没有安全保护措施的人是不安全的。另一种情况是，如果机器人正在处理一个重物，如果它以特定的速度掉落或成为一个抛射物，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，并在新的协同机器人范式下灌输工人信心。

“在通用电气，安全是我们压倒一切的优先事项，”梅纳萨说。“对于任何应用程序，都不是机器人是否安全，而是任务是否安全？因此，我们进行任务评估风险分析。我们遵守所有规则和所有RIA标准。我们从RIA请来人员对我们进行培训。我们确保我们了解机器人在做什么，末端执行器的形状，是否有任何尖锐的、危险的东西？”d是否有任何东西最终会伤害到人？如果我们觉得需要保护，而不仅仅是机器人的力或扭矩限制能力，那么我们将放置适当的安全装置，如光幕或激光扫描仪，这样我们就可以降低风险。

“RIA公布了我们进行任务评估的方法，”他继续说道。“我们通过过程的各个步骤，使用他们的方法来评估是否存在任何风险以及风险的严重程度。我们尝试围绕风险进行任何工程设计，以减轻风险。”

Menassa指的是ANSI注册的技术报告RIA TR R15.306-2016，任务型风险评估方法.TR 306描述了一种符合2012 R15.06标准要求的风险评估方法，最近于2016年更新。

爪安全
尽管在ISO委员会的工作中，目前还没有关于协作应用中的机器人末端执行器或手臂末端工具的具体安全指南。在此期间，建议设计人员和集成商遵循TS 15066中的指导方针。Jobin提供了一个例子。

“声明中说，操作者在任何情况下都不能被机器人困住。如果机器人没有动力而你被困住了，你应该能够通过对机器人施加最小的力来移除被困住的身体部分来逃脱。这也适用于我们的夹持器。如果你的手指被夹在钳口之间，在任何情况下，你都可以将手指从钳口移开以躲避任何危险(比如火灾)。”

Jobin说，他们可以选择Robotiq手爪，以降低协作应用中受伤的风险。“这些选项大多是基于硬件的。我们有盖子保护人们不受夹持器上夹点的伤害。在大多数情况下，我们的产品可以符合15066的要求。”

Robotiq二指和三指自适应抓手是为了与市场上的各种协作机器人兼容而设计的。例如，Universal Robots的ur系列合作机器人可以使用即插即用集成套件，其中包括安装所需的一切、机械接口、所有电缆和正确的控制器。抓取器和机器人在同一个控制器上运行，它也显示在教学吊坠界面上。

看看这个关于Whippany驱动系统的故事使用具有机器人夹具的新UR机器人开始有多容易在这亮申请中。

一只手臂，两只眼睛，无限的可能性
与此同时，回到通用电气照明公司，索耶正在重新审视。GE选择Sawyer而不是big brother Baxter，是因为它的有效载荷更高（4千克），重复性更好（达到+/-0.1毫米），外形更纤细。和它的双臂兄弟一样，Sawyer也有一个7自由度的手臂。

Sawyer有一个运动冗余的7轴臂。这种设计使机器人具有非凡的灵活性，特别是在狭小的空间或与人类合作时。使用7个轴，可以旋转机器人的肘部，以避免与其他物体或人接触。想象一下，将你的抓握物放在一个位置，比如方向盘上，但仍然能够转动你的肘部，将其放在扶手上。

梅纳萨说：“现在我可以在非常狭小的空间里工作，如果我在人旁边工作，这一点非常重要。”。“我不想为了将机器人移动到某个方向（或配置）而将肘部对着某人的身体摆动。当你开始在装配线上看到3到4英尺的较小脚印时，这对我们来说非常重要。”

Rethink机器人的独特特点之一是液晶显示屏上的动画眼睛。索耶的表情表明了他的意图。

“人们想知道为什么眼睛盯着机器人，”Menassa说。“对我们来说，这非常重要。为了让人们在这些机器人周围感到安全，他们需要知道机器人下一步要做什么。屏幕上的眼睛非常关键，因为在机器人向左移动(将手臂伸向左边)之前，它们会先向左看。”

但是机器人的眼睛实际上并没有“看到”任何东西。索耶在它的头部和手臂上植入了视觉传感器。

在葛介绍了工人的机器人之后，下一步是将锯晶引入生产区域，解释Menassa。“我们采取了一些我们认为可行的应用程序，并将它们嘲笑在植物内部，但是人们可以开始舒适的地方（用锯晶）。

“拥有一个机器人任务非常简单。机器人应用中的挑战始终是物质演示，“Menassa说。“来自哪里的材料来自哪里，它的来临方式，我们将如何抓住它，我们将如何掌握它？容器如何回收？Sawyer拿起和下降的最佳方向是什么，所以你不会经过3D空间中的热点？这是浪费循环时间。如果我们修复，机器人只能执行其任务。“

Menassa表示，它需要一些试验和错误，但他们最终设计了对机器人的展示良好的策略。“我们从泡沫和非常便宜的机架施工中开发出非常低成本的持有者，在那里我们可以在它面前持有最多两个小时的生产材料。”

用于增值的人类，用于非增值任务的机器人
Menassa表示，无需重新配置装配线。他们只是把锯木砖扔进了这个过程中。2015年12月，Sawyer加入了主线上的人类同事。

“在任何人的任务中，无论是60秒的周期还是2分钟的循环，你都会看到50％到70％是我们所说的非增值，”Menassa解释说。“当你远离工作时抓住工具或部分，看一下文件，或者当你在牢房周围行走时。当您最终将该部件添加到程序集时，这是您花费的唯一增值时间。其余部分是非价值。事实上，其中一些是浪费。

“索耶正抓住零部件，把它们装配在一起。但是这个人正在用人类所擅长的——灵巧、感知和逻辑——来确保它正确地安装并插入最后的螺丝钉。对我们来说，提升装配线上的人力角色，专注于质量——专注于增值——是非常重要的。”

“这是一个巨大的胜利，”他补充道。“这是一个企业，需要扩大其卷的卷。问题是您如何在不添加人员的情况下实现更高的输出？有时由于空间限制而加入人们非常困难。通过加入机器人，我们能够以低成本和灵活性的技术实现相同数量的人的较高产量。低成本的概念，灵活的自动化是真正的协作机器人。“

2015年，通用电气通过其风险投资部门投资了Rethink Robotics。通用电气风险投资公司(GE Ventures)的情况也不错，亚马逊创始人兼首席执行官杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)的投资公司贝佐斯探险(Bezos Expeditions)、查尔斯河风险投资公司(Charles River Ventures)和高盛(Goldman Sachs)都是Rethink的其他投资者。

Menassa表示，GE也正在开发与合作伙伴供应商的移动协作机器人。“通过移动性的耦合协作将使我们具有可以导航工厂的移动机器人并执行多项任务的移动机器人的最终愿景，其中尤其是在低批量生产中的每分钟。”

自2013年以来，通用电气一直与自动驾驶汽车开发商Clearpath Robotics合作。我们在上个月的文章中介绍了Clearpath的工业部门OTTO Motors，移动机器人和腔内学始终是供应链．Menassa说，GE正在尝试安装在自动移动平台上的协作机器人和传统机器人，如奥托1500（如图所示）。

“现在我们有了移动机器人，可以管理CNC和附加机器，”他说。“将机器人引入机器将使通用电气保持灵活性和敏捷性，同时使我们的产品规模与移动协作自动化同步。”

去年9月，GE Ventures还成为明确的清除账单的战略投资者。奥托自动驾驶车辆已被选中在通用电气医疗保健公司实现自动化即时部件交付威斯康星州的维修设施。

将协作机器人与自主移动机器人、增强现实技术、可穿戴设备和其他先进技术相结合，为智能数字工厂提供装备，您将拥有一个娱乐预示着制造业的未来．未来的未来与人的队列一起用手携手合作，更有效和富有成效。

本文介绍的RIA成员:
通用电气公司（用户成员）
Robotiq
通用机器人
日本安川电气Motoman