分离的终结:人类和机器人在工厂的合作伙伴

新领域的工业机器人在我们身上。人体机器人协作在这里，在制造地板上，可行和成功。

引座员是一种新型的协作机器人，在现实世界的制造环境中与人类集成，不受过去要求的许多安全约束。人和机器人之间不再分离。

现在，我们对“机器”的看法、它们在制造业中的重要性，甚至它们的回报分析都发生了范式转变。人类和机器人作为同事，彼此并肩工作。

人类和散养
我们当代同事有一个共同点。它们可以在没有安全围栏的情况下在人类占用的工作空间中运行。这种机器人是无笼的。

这并不意味着他们的工作场所没有安全外围设备，但他们的重量级同事精心设计的安全防护系统已经不复存在。围栏正在倒塌。机器人正以全新的视角出现。

“这些年来，当我们把机器人放进工厂时，那些行政或管理级别的人会说，‘有一台机器，那台机器做那个。当你把一个双臂机器人放进去做同样的事情时，”埃里克·尼夫斯说日本安川电气Motoman机器人在俄亥俄州迈阿密斯堡，“我们发现管理现在不同地看着它。他们说，'aha，看起来像劳动。'

“现在，它不再是关于一个特定的任务或过程。这是因为它是拟人化的，我们和它有一种自然的联系。”

相似,但不同的
虽然这些下一代机器人可以在与人类合作的环境中自由工作，但它们都是相对轻量级和灵巧的，并作为一个群体独立地改变了商业模式机器人从机器到劳动力，这就是相似之处的终结。

单臂或双臂、6轴或7轴、2.2万美元或6位数、高速工业用途或通用车间地面任务机器人——甚至有一个生动的“脸”——每一个这些改变模式的机器人都有自己的优势和权衡，并在制造空间中开辟了自己的利基。

满足巴克斯特
巴克斯特，双臂人形机器人重新考虑机器人，在美国已经获得了近乎名人的地位按自2012年9月上任以来他有两个七轴手臂连接在躯干上，并展示了一个液晶显示屏，作为“脸”，对人类互动做出反应。他的体重为75公斤，每只手臂的最大负载能力为2.3公斤。巴克斯特有内置的声纳和摄像头传感器，当人类进入他的空间时可以探测到他们，并集成视觉来探测物体。以每秒0.6米的速度携带最大有效载荷，巴克斯特是速度较慢的协作机器人之一，但这不是他的强项。

马萨诸塞州波士顿Rethink Robotics公司的营销和产品管理副总裁米奇•罗森伯格(Mitch Rosenberg)表示:“百特最适合那些重复性、不需要太多技能、但需要一些人类常识的任务。”“例如，检查一个零件，确定它是否合格，如果它通过了，然后把它放在好堆;否则，就把它扔到废品堆里。”

这视频展示了两个巴克斯特机器人在流水线上工作。

满足Dexter机器人
安川汽车人的双臂机器人有15个轴，包括两个7轴的手臂，连接在腰部旋转的躯干上。这种协作机器人在制造领域已经有两年多的时间了，每只手臂的有效载荷从5公斤到20公斤不等。德克斯特机器人甚至有自己的LinkedIn页面。

与起价仅2.2万美元的百特不同，安川的双臂机器人保持了传统机器人的速度和精度，其六位数的价格标签反映了这一性能预期。Nieves说:“安川更倾向于加工和组装，你必须将这个接头插入那个插槽。”“对于这类应用，你最好有1 / 10毫米量级的重复性。”

这视频在实验室演示中展示了Motoman的双臂支撑着所有15个轴，用于提升辅助装配应用。

满足LBR iiwa
KUKA的轻量级机器人LBR iiwa(智能工业工作助理)于今年4月在德国汉诺威工业博览会上亮相。它是在与德国航空航天中心(DLR)的技术转让协议下研制的，最初设计用于外层空间。目前的模型是一个7轴臂，重23公斤，有一个“轻触”，用于复杂的组装任务。2009年，戴姆勒公司(Daimler AG)在德国斯图加特的梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)工厂启动了一项装配试验计划，作为该计划的一部分，戴姆勒公司(Daimler AG)已经生产了50多万个后轴齿轮箱。

LBR iiwa的高级工程师Michael Gerstenberger说:“LBR iiwa尤其擅长于力导向装配任务，如齿轮啮合、插入孔钉和卡套库卡机器人集团。在密歇根州的谢尔比镇

满足你的
去年9月，在芝加哥举行的2012年IMTS大会上，万能机器人公司(Universal Robots)推出了其6轴单臂机器人宣布今年5月，一场协调一致的北美发行活动。据报道，自2009年以来，这家丹麦制造商已在全球销售了2000台机器人。基本款售价34000美元。UR系列有两种型号，5公斤和10公斤有效载荷臂，更小的有效载荷臂，UR5，重18公斤。它的额定转速为1m / s，使用单相交流电源。

“应用程序是非常重复的、平凡的任务，需要操作人员整天或有时整夜站在机器前，加载/卸载和启动过程。这正是该公司的全国销售经理Edward Mullen说通用机器人美国公司在纽约的斯托尼布鲁克“它的使用和设置非常简单;它可以很容易地在设施内被拿起来和移动。”

双臂概念
ABB的双臂概念是为了响应在消费电子行业和其他行业中常见的小部件装配操作中对协作机器人的需求而开发的。14轴原型具有柔性抓手、基于摄像头的部件定位和集成在躯干中的ABB IRC5控制器。据机器人制造商表示，由于最初的努力得到了积极的反应，进一步的发展和改进正在进行中。

制造支持机器人
自20世纪70年代以来，丰田一直在开发工业机器人，传统上用于焊接和喷漆应用。这家汽车制造商还利用其内部机器人技术帮助装配线工人提升和运输重型或符合人体工程学要求的物体。

丰田开发了一种用于安装备用轮胎的协作机器人，由于采用了弹簧重量补偿机制和无力传感器控制技术，该机器人无需安全围栏就能与人类一起工作。该机器人的低功率电机(80瓦)节省了能源，其节省空间的设计有助于缩短汽车装配线。

这视频由丰田汽车公司提供的礼貌地显示了在装配线上行动的机器人。

在这类机器人之间有如此多的明显差异，使它们“协作”的是邻近性、安全性和易用性的结合。各种各样的技术进步使他们能够与人类同事近距离工作。

运动冗余
合作机器人的一个重要进展是7自由度机械臂的发展，即7轴臂。Yaskawa和Rethink的双臂机器人，以及KUKA的单臂机器人，都有运动学冗余的7轴机械手。

“我们的轻量级机器人有7个关节，或者说7个自由度，所以它实际上比固定工具所需的自由度多了一个，”KUKA的Gerstenberger解释道。“额外的自由度导致了运动冗余。有7个关节，你可以转动肘部以避开其他物体或人。这就像把你的手握在一个地方，比如在方向盘上，但仍然可以转动你的手肘将其放在扶手上。”

运动冗余不一定是自己的“协作”功能，但是当您拥有拥挤的空间时它很有用。

安川的尼维斯解释说：“大多数传统机器人是六轴的。你选择姿势（位置和方向的组合）。控制器选择配置（手腕后面的手臂看起来是什么样子）。”。“一旦你添加一个第七轴，它模仿从肩膀到手腕的人类手臂，现在你不仅可以选择工具的位置和方向，还可以选择它后面手臂的形式或形状。现在你可以将许多机器人粘在一起（并靠近人类），因为您可以轻松处理它们之间的干扰。”

万能公司的六轴臂在运动学上没有冗余，但由于其紧凑和轻便的设计，以及其他安全功能，它能够在人类附近工作。马伦说:“我们的机器人可以坐在生产线上一个人的位置，在两个人之间，安全地工作，不会扰乱上下游的流程。”

安全运行
当机器人和人类共享一个工作空间时，安全是至关重要的。对于这种新型的协作式无笼机器人来说尤其如此，其中许多机器人被设计成可以与人类同事肩并肩地工作。

最新的机器人安全标准解决了人与机器人的协作:ANSI / RIA R15.06-2012那工业机器人和机器人系统-安全要求， ISO 10218:2011，机器人和机器人装置。工业机器人的安全要求。

“标准是通过协作机器人操作而制定的，”密歇根州安娜堡的机器人行业协会（RIA）标准开发总监Pat Davison说。“他们允许某些条件或程序以安全和生产的方式发生，其中人和机器人共享相同的工作区。”

这种协同分类中的机器人使用不同的技术或产品特征来实现安全操作。

扭矩传感
万能公司的单臂机器人具有解决力量和力量限制的功能。马伦说:“如果它接触到人或任何具有一定力值的物体，它就会立即停止。”“它知道拿起重物并将其从a点移动到b点所需的力。当它识别到移动所需的扭矩或力增加时，比如在碰撞中，机器人手臂就会安全停止。没有造成伤害。“

KUKA的LBR iiwa也使用了功率和力限制功能，以确保安全运行。Gerstenberger解释说:“我们的轻型机器人在七个关节上都有扭矩传感器。”扭矩传感器内置在传动装置输出侧的关节机构中。这意味着我们能够感知关节层面和末端执行器层面的真正情况。”

Gerstenberger说，控制系统也是安全等级的。“即使扭矩传感器出现故障或出现某种错误，控制系统的设计方式也能提前发现任何问题，导致系统以安全的方式出现故障。”

碰撞检测
根据Gerstenberger的说法，当它检测到对象或人类意外接触时，您还可以将LBR IIWA的控制模式从刚性，全速模式从刚性，全速模式改变为接合阻抗模式。软，柔顺的模式允许机器人容易地推开。机器人可以在检测到接触时自动武装进入柔顺模式，或者可以拆除以全速以僵硬模式运行。

其他机器人制造商对机器人协作安全采取了不同的方法。Nieves说：“安川的前提是，自动化大部分时间都会自动工作，所以当它单独工作时，就让它全速运转。”。“我们的双臂符合当前协作工作的标准。这意味着在某些应用中，围栏可以被安全等级的传感器（光幕、安全垫）取代，这些传感器告诉机器人何时停止或减速到安全速度。”

系列弹性执行器
根据Rethink，Baxter也完全符合当前的安全标准。Rethink喜欢说百姓是“自我明显的安全”。

Rosenberg解释说：“机器人采用完全背部可驱动的关节，无夹点，并在非常详细的水平上强制感应。如果它非常几乎没有接触人类的力量，那么机器人将立即停止并退缩。这根本不可能伤害自己。“Rethink创始人，主席和CTO Rodney Brooks甚至有甚至有视频流通，让他的头在机器人的道路上展示了Baxter的安全实力。

百特关节的柔性来自其系列弹性驱动器。在传统的关节执行机构中，电机驱动变速箱，所有部件都是刚性连接的。在串联弹性执行器中，电动机和齿轮箱驱动弹簧。弹簧随关节弯曲，使机器人能够“判断”弹簧的挠度所施加的力，并做出相应的反应。

Rethink承认，当你让机器人安全到可以与人类并肩工作时，需要权衡利弊。“你不能移动沉重的有效载荷，”罗森博格说。“塑料部件非常适合，因为它们需要处理和移动，但它们不是特别重。”

这视频显示巴克斯特在宾夕法尼亚州哈特菲尔德的一家大容量塑料注射成型商罗登集团工作。

罗登的设施经理Tony Hofmann说：“在罗登的运营商之一，贝德特可以展示如何执行任务并根据需要重新安排。”“在这里，我们正在使用Baxter来打包K'Nex Construction玩具，特别是Mario Kart Wii™赛车套装。”

霍夫曼的陈述暗示了另一种合作特质，可教性。这类机器人中的许多都具有用户友好的特点，可以“教”它们，因此不需要复杂的编程。

教学，而不是编程
Rethink甚至没有使用“编程”这个词来描述巴克斯特学习新任务的方式。

“这个机器人的新颖之处在于，大多数任务都可以在没有编程经验或任何技能的情况下完成，”Rosenberg说。“你只需抓住机器人手腕上的某个位置，让它知道你想让它做什么。同样地，你向机器人展示你想让它用视觉系统识别的部位，并使用一套简单的菜单告诉机器人完成任务的顺序。”巴克斯特的液晶“脸”兼作图形用户界面。

Universal的UR系列类似于Baxter，因为大多数编程任务不需要先前的编程体验。

“Universal系统没有基于pc的语言，”Mullen解释道。“通过按下吊坠上的按钮，你可以移动每个单独的轴，使机器人进入合适的位置。或者，你可以按下教具挂件背面的一个按钮，这个按钮可以反向驱动所有的伺服电机。然后你可以用身体抓住机器人的手腕，把它移动到合适的位置，它就会学会这一点。”

马伦补充说:“你不必是一个有学位的工程师，也可以和这个机器人打交道。”“任何人都可以在15分钟内学会使用这个机器人。”

让人类
马伦说，这就像是给人类操作员升职。“你让人们在工作中承担更多责任。你可以让任何一个工厂工人为这个机器人负责。”

“人类操作员只能做这么多（身体上的），”马伦解释道。“因此，通过从等式中去掉人体的部分，并将机器人放在那里，你现在就把同一个人带到那里，让他负责训练和监督机器人。质量提高了，过程变得更加高效，并且能够全天候运行。”

马伦说，当你赋予工人权力时，这种转变是显著的。“当你雇佣一个与自动化没有任何互动的人，现在你让他们承担责任，做一些事情，这给了他们一种自豪感和成就感。他们成功了，这激励了他们。这真的很吸引人。”

这是人与机器人合作的本质，利用机器人让人们有更高的目标，更大的梦想。

新的销售渠道
在协作机器人领域还有另一种现象正在形成。与传统机器人不同，这些机器人重量轻、携带方便，在某些情况下成本低，正在非传统销售渠道中涌现。它们将进入以前很少有机器人涉足的领域，进入中小型企业的车间。

环球机器人(Universal Robots)通过分销商销售机器人，是改变这一模式的公司之一。

“分布是一个完全不同的销售渠道，”Mullen说。“机器人集成商通常专注于一个行业。我们为我们的网络中的高科技自动化中选择了最佳经销商，可以让我们成为各种不同的行业。我们的机器人内置的灵活性因素使其对中小型企业有价值，因为它可以在设施周围非常快速且容易地重新分配。“

“我们一直在寻找能够使我们的客户脱颖而出的解决方案，”加州圣地亚哥Sparkem技术有限责任公司的高级应用工程师Philip Hollingsworth说，该公司是环球唱片的分销商之一。“大多数机器人解决方案都有很多设置，但UR机器人非常简单和直观。”

这视频在Costa Mesa，加利福尼亚州Costa Messa的CNC心轴弯曲应用中，在CNC心轴弯曲申请中显示了UR5。

“您的机器商店目前部署了UR5以处理中档部分运行，”RSS MFG＆Phylrich的自动化专家Shane Strange说。“我们发现，利用其轻量级和集成的编程软件，机器人手臂可以从完成的运行中删除并在大约其他地方重新部署，我们将其中一个员工重新安装到机器中。”

Rethink旗下的百特(Baxter)也被用来瞄准更精简的业务。“我们的想法是制造一种非常便宜的机器人，不需要技术人员来编程，这样中小企业就能够在经济上采用自动化，从而能够成功地与低工资制造业竞争，”罗森伯格说。

仿人机器人的雇佣
Yaskawa Motoman在一个更新颖的想法的底层。总部位于密歇根州荷兰的Steel Collar Associates是安川校友比尔•希金斯(Bill Higgins)创办的一家新公司。他的公司销售Motoman双臂机器人作为合同员工。

希金斯预计这一概念对想要支出其自动化的一部分时的用户可能相反，这一概念可能会使其自动化。“即使是Motoman阵容中最昂贵的钢铁领助理也可以聘请一班合约，以便为蓝领股份公司的当前平均成本，根据美国劳工部每小时约35美元。如果钢铁领助理工作24/7，则每小时成本降至不到8.50美元。“

安川的尼夫斯认为这是一个合乎逻辑的转变。“如果这些机器人看起来像劳动力，行为也像劳动力，那么为什么不像劳动力一样收取费用呢?”这是一家机器人临时工中介公司。”

从新的销售渠道到新的回报方案，甚至工厂也在进行改造。

人类规模自动化
几十年来，机器人行业只有一只手。现在它有两种新型的双臂机器人，甚至单臂机器人，可以串联安装。当你开始在人的规模上观察自动化，它的生物学，典型的工厂平面图开始改变。

尼夫斯解释说:“人类规模的自动化意味着，如果你把一个人拉出来，把一个机器人放进去，或者反过来，什么都不应该改变。”他举了一个机器照料的例子。

“通常，你面前有一两台机器，身后可能有两台传送带。这样设计是为了防止人类工人不得不到处走到不同的机器上。要实现同样布局的自动化，你需要机器人能够来回走动，在自己身后工作，在多个工位上工作。你可以在一个工作站旁边安装一个传统的机器人，让它从一个工作站移动到另一个工作站，但如果你试图让一个人回到这种布局，它不会工作。”

“在人类规模的自动化中，人说了算。不是机器人。”

机器人手
尼维斯说，同样的模型也适用于末端效应器。“让机器人使用与人类相同的工具。现在这就引出了一个问题，我在游戏结束时需要的最小“手指”数量是多少？”这只手臂能有效地使用类人工具吗?答案是三个。”

Robotiq的“手”是一款电动、伺服驱动的三指夹持器，具有自适应手指，可用于多种用途。它可以控制行程、力和夹紧方式，抓取范围很广。

”背后的想法我们的机器人夹具就是使用一个机械智能机器人夹具来处理所有零件，以降低模具成本，消除转换，并最大限度地提高投资回报率robotiq.在加拿大魁北克的圣尼古拉斯。

这视频显示了在协作装配场景中，Robotiq三指夹持器用作安装在KUKA轻型机器人上的“第三只手”。

当你开始关注制造领域的生物学时，你开始从不同的角度看待一切。当你考虑到这种新型的协作机器人固有的灵活性、胡人特性和易于使用的能力时，加上它们天生的能力将我们赋予人类的能力，这些胡想席似乎是无止境的。