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迄今為止，汽車工業是首個需要開啟人機協作模式的行業，原因在于使用機器人越來越簡便。因為人們對生產中人性化的要求及企業面臨著制造和競爭方面的壓力，所以實現自動化生產很快將成為中型企業的常態。為此，自動化對各行業開啟了新的可能性：即使用機器人所帶來的機遇。

在眾多媒體中，Pentagon和Google加大了例如對無人機和車輛設置這樣自主系統的關注，工業特別是生產制造業正在尋求集成化合作式的技術解決方案。一方面人們在致力于使用設備替代人的工作，另一方面致力于讓系統、人與機器人能夠相互合作。因為在過去的一段時間內，機器人與人的合作更為密切。許多行業看到了人機協作的優勢，而有些行業卻認為這樣的應用沒有意義，但是在實際應用中還是對人機協作的探討予以大力支持。Universal Robots公司的CTO Esben H.?stergaard表示：“人機協作正在改變生產制造，在此期間，機器人在人們印象中噪聲大或危險性大的形象正在轉變。”

圖1  到2015年，世界范圍內工業機器人的銷售量有很大增長（單位：1000臺）

在Automatica 2014展會上，在這個領域有這樣一個明確的基本觀點，即今后機器人和人會有更進一步的合作。同時，在2015年的漢諾威工業博覽會上，最新一代的機器人已經成為了關注焦點，同時，讓更多對此感興趣的專業界人士與最新一代機器人近距離接觸的條件也已經形成(圖1)。技術領先的機器人生產廠商展示了機器人技術如何能夠成為生產中更具競爭力和靈活性的關鍵。在此，人機協作也受到了人們進一步的關注，機器人也將會更加靠近它們的同事。對于這一點，Festo公司負責機電一體化系統研究的Alexander Hildebrandt博士表示：“未來技術必須能夠適應改變著的框架及人們的介入。”

更具安全性的合作關系

如St?ubli公司在介紹TX2機器人裝有的CS9控制器時所講的那樣，機器人應當與人更多地合作，且其中機器人應具備“開創性的安全功能”。多數這樣的安全功能，如安全加速和安全停止功能組成了人與機器人在沒有防護圍欄的前提下安全可靠合作的基礎。由于集成有傳感器，所以機器人能夠識別出要靠近操作人員并自動減速，在接下來的生產作業中也不會有大幅度的動作。一旦機器人的活動范圍內沒有操作人員時，機器人便可以在其編程的“舒適感應區內”以之前的高速運行作業，并繼續正常工作。TX2-6軸機器人結構系列裝有獲得TüV認證的能夠滿足SIL3-Ple要求的CS9控制器。

圖2  使用了UR公司38臺UR5型和UR10型機器人的Trelleborg Sealing Solutions公司

能夠加大其用戶的訂單量，為了配合機器人完成生產，公司還多聘用了50名工作人員

這在今天是安全和自動化融合的一個絕對重要的標準，第三代UR機器人中操作人用友好且輕型的UR5和輕型的UR10機器人也已考慮到這一點(圖2)。同樣，機器人手臂的靈活應用也必須符合標準并得到TüV認證：無需防護圍欄，易操作且可快速編程。機器人臂要設置新的功能，其中有8個可校準的安全功能。6軸彎曲臂機器人證實了這些功能，該型機器人為輕型結構的機器人，承載能力為5～10?kg。?stergaard證實了該型機器人市場需求量大：“輕型機器人可作為汽車工業的噴漆機器人或為工具生產廠商提供很大的輔助性，該型機器人最主要的功能還是適合用于中小型生產制造企業。”

靈感來自生物學

當人們談到輕型機器人技術和人機協作時，會很自然地談到位于Augsburger的機器人生產廠商Kuka公司。該公司研發的LBR iiwa型機器人可完成各種工作：其能夠從通過使用安裝在塑料框里的玻璃板顯示器來清理大型廚房的臺面，可在汽車車身里自動地安裝栓塞，也就是該型機器人總是出現在那些單調且強度大的工作任務的現場。

機器人在那些可靈活應用且便于實施的行業中證明了一個新的發展趨勢，也就是人們在研發機器人時從生物學中獲取的靈感，為機器人的研發和應用注入了新的活力，這樣機器人便從原來的硬冷且僵化的機器變成了柔軟且順從的助手，這可稱之為“柔性機器人”。德國Fraunhofer–IPA的機器人輔助系統部門主任Martin H?gele表示，迄今為止，機器人結構的機械部件正在向優化剛性和精密性方向發展，隨著人機協作的普及，人和機器分擔完成工作任務，會越來越多的出現新型機器人手臂：結構緊湊、順從、敏感且有機的機體化機器人手臂具備被稱之為“柔性機器人”的這些典型特征的機器人手臂的增加會被看作是一個可能的開端。這預示著生產車間內的下一個新的發展方向(圖3)。美國和瑞士的若干項目正將該項技術向前推進，在此方面德國現在也正在積極開展工作。一家企業長時間以來一直從事這項工作，這應當算做榜樣嗎?至少有一點是清晰的，即Festo正在研發順從的機器人手臂，生物型調節抓手機器人手臂。Hindebrandt表示：“使用生物型調節輔助裝置已經出現了突破性進展，也就是實現了從一個處理技術到人機協作的再創新。”

圖3  工業使用的人機協作的一個靈活的柔性機器人技術輔助系統版本

氣動結構極其輕巧且順從，直接接觸沒有危險性。當發生狀況時，輔助系統立即退讓，不需要像使用傳統的機器人那樣對工作人員進行周密的保護。與重型工業機器人相反，生物型的調節助理系統是一個唯一的體量，有效負荷比高、運動過程柔軟靈活且自由度高、節省能源的輔助系統。

Hindebrandt繼續說道：“用新的生產制造方式制造出選擇性激光燒結裝置(SLS)，也就是一種靈活、順從且結構輕的控制處理裝置是個特殊的挑戰。接受‘抓起工件’、‘打開抓手’、‘退到起始位置’所有這些命令，而得到德國未來獎表彰的輕型輔助系統，使用的是集成化的圖像和語音識別裝置。”當前工程技術人員正在研發工作范疇內正在致力于輕型付賬系統的外形尺寸的最佳化和控制調整規則系統的研發。

Hindebrandt在介紹他們目前在輔助系統方面的研發工作時表示，當關系到材料應用的穩定性時，公司也在開展增材制造技術領域的研發工作。Festo的研發人員正在聯合項目INSERO3D在框架內進行一個微縮3D相機的研究。將來生物型調節助理系統應能夠借助于該微縮3D相機在一個空間內辨認情況，以便能夠避讓障礙(圖4)。據稱，已經研發出的第一臺微縮3D相機樣機已在新型人機協作應用中使用。

圖4  生物型調節助理系統應能夠借助于微縮3D相機在一個空間內辨認情況，以便能夠避讓障礙

柔性機器人是智能化機器人技術

遵循線性運動的機器人直接轉變為靈活的作業人員的同事是一個范例性的改變。在此，順從的機器人應能夠適用于各種綜合性的任務，而不只是順從，因為這樣的機器人由靈活的材料和具有彈性的部件組成。目前，德國的若干大學、研究院所和企業已經在使用這樣的帶有生物優點的機器人。例如，德國的KIT已經在進行如柔性機器人的人造皮膚研究、節拍式接近傳感器的應用及便攜式機器人系統的研究課題的研究工作。

柔性機器人技術系統涵蓋實現直觀性、安全可靠性和靈敏性微目標聯合性能的眾多科學定律的結合。在此，電子技術、傳感器技術及驅動技術相互融合。德國Fraunhofer-IPA的Martin Hügele說：“還有精巧的折疊和層壓技術將引入機器人的新結構。柔性機器人技術系統在可能的情況下也可以采取另外一種類型的生產方式：取代傳統式的安裝，強化連續性生產方式，例如產品的結構能夠以增材制造的方法進行制造，從而融合在一起。”這種相互融合的產品結構和生產技術是Festo生物型控制調節助理系統的特征。

柔性機器人技術的未來景象目前還是未知的，因為相關的新規則還處于初始階段。但是，因為具有直觀性特點的柔性機器人比那些“執拗型”設備更快地得到了人類同事的認可。?stergaard在談到UR的機器人時表示：“在生產制造中集成柔性機器人技術宣告了人機協作登上了一個新的臺階。這給人機協作賦予了更大的靈活性。”

在不遠的將來，人們不僅可使用柔性機器人技術，而且可對人機協作有很多新期待，這證明傳感器技術、驅動技術和控制系統在不斷的向前發展。Hindebrandt在展望未來時表示：“未來生產的特點是使用安全可靠的機器人，并實現無危險性的人機交互。通過固有的特性或至少是借助于傳感器技術(節拍式傳感器/電容傳感器)能夠實現機器人可實現人機交互的安全可靠性。這樣，人們通常會認可選擇能夠與人合作的機器人所要花費的成本，并控制其在生產中的應用。”