合作机器人与安全携手并进

在2008年，它们仅仅是一种好奇。在2012年，它们在很大程度上被视为一种时尚。但仅仅一年后，业界就开始注意到这一点。一大批竞争对手和追求者进入了2013年的磨损．

现在，合作机器人在这里留下来。许多人会说他们是未来。

“协作应用是下一个新领域，它真的将推动业务和应用，甚至可能是我们还不知道的应用，”通用机器人公司新任全球技术合规官罗伯塔·纳尔逊·谢伊说总部设在丹麦欧登塞。

ABI Research的一项研究预测合作机器人市场将飙升至2020年的10亿美元在美国，有4万多台协作机器人充斥着整个行业。

随着越来越多的协作机器人居住在工厂车间，安全仍然是一个主要问题。协同机器人和安全是携手并进的。如果不降低受伤的风险，就不可能实现人机合作。

正如我们在1月的社论预览今年2月，协作机器人领域最受期待的技术规范之一发布了。ISO/TS 15066:2016 robot and Robotic Devices - Collaborative Robots - provides data-driven guidelines for designers, integrators, and users of human-robot Collaborative systems on how to evaluate and reducing risks.机器人和机器人设备-协作机器人为人机协作系统的设计师、集成商和用户提供了数据驱动指南，指导他们如何评估和降低风险。

Nelson Shea是负责开发新技术规范的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他在突出细节方面做得很好，包括对纳尔逊·谢伊(Nelson Shea)和其他委员会成员的采访。完整的技术规格可在ria书店．

加入我们2016年10月17日至15日的全国机器人安全会议和国际合作机器人研讨会20月20日！

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公正的立场。她担任ANSI/RIA 15.06机器人安全标准委员会主席长达23年，现在是名誉主席。今年10月，她还将成为即将在俄亥俄州辛辛那提举行的全国机器人安全会议和国际协作机器人研讨会(National Robot Safety Conference and International Collaborative Robots Workshop)全明星阵容的演讲者之一。

她说，通过强烈怀疑，达到了合作机器人的最初理念。“关于安全的前提是让人们远离机器人。但是，谈话改变了，说如果机器人与其工具和部分触动你并且没有伤害，为什么不允许联系？“

IMTS合作机器人中心舞台
现在，协作机器人是业界最热门的话题之一，是众多文章和研讨会的焦点，并在国际贸易博览会上获得了首次亮相的时间。在即将在伊利诺伊州芝加哥举行的IMTS展会上，一系列协同机器人将进入主流制造业讨论。

Yaskawa Motoman将在IMTS上首次在北美预览其新型HC10协作机器人。速度和力量有限的设计使它能够安全地与人类一起工作，或在接近人类的情况下工作。应用领域包括物料搬运、机器照管和轻型装配应用。观看Motoman HC10 Cobot在这个演示视频中。

ABB机器人”YuMi双臂机器人也将参加IMTS在一个实际操作，交互式程序演示为观众。

川崎新研发的duAro合作机器人将使其北美在IMTS首次亮相。双臂式机器人在单轴上运行，设计成与材料处理，装配，机器趋势和分配应用一起工作。查看duAro的行动在这个文档包装演示中，它的两个手臂既独立又合二为一(你最好把音量调小点)．

今年早些时候，万能机器人公司发布了一份有趣的信息图表，展示了协作机器人的出现。你可以去看看这里．

有了协作机器人，自动化现在更加包容人类。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(General Electric Company)的合作机器人技术铺平了道路。

“传统上，自动化系统的设计没有考虑到人。但随着机器人的移动和与人类互动的更大能力的发展，这种设计模式不再是未来的发展方向。”

他表示:“现在，我可以把一个能力相当不错的机器人放在工厂车间里的工人旁边，他们可以并排操作。”

梅纳萨曾在通用汽车任职24年，现在是通用汽车的常驻自动化倡导者。全球自动化研究中心专注于四个主要领域:机器人、控制、材料处理和工作系统集成，跟踪工厂车间的数据流动。GE已经将工业物联网(IIOT)和自动化作为关键组成部分。它在工厂优化方面处于领先地位，也就是所谓的辉煌制造(Brilliant Manufacturing)，以优化组织内部和全球供应链的材料、人员和流程。

通用电气的全球总部正准备从康涅狄格州搬到马萨诸塞州的波士顿。通用电气及其子公司涉足的领域从喷气发动机、机车、石油和天然气行业，到高科技医学成像、药物发现，当然还有照明设备。

“当我来到GE（2013年）时，合作机器人开始在市场上搬家，所以我访问了GE中的不同工厂进行评估，”Menassa说。“我们是一个非常大的工业用品的低批量制造商，如燃气轮机，燃气轮机重达千磅，或人类规模，中部到大量产品，如照明灯具和断路器，在那里有数百个SKU线。

“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。

“工厂多年来从未有机器人，”Menassa解释道。“所以在工厂内带一个机器人，我们不知道工人会想到什么。我们有一个工厂的研讨会，看着不同的应用，看着它所掌握的地方。然后，我们在植物本身内举行了几项活动，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。

四种协同操作方法，不同场景
在ANSI/RIA 15.06和ISO 10218协调机器人安全标准和新的TS 15066下，有四种协作操作的方法或类型:

~安全级监控停止
~手指导
〜速度和分离监测
~功率和力限制

这些往往是人机协作的最误解的方面。为了避免混淆，尼尔森·谢伊表明我们认为四种协作操作方法中的每一种方法都是情景，而不是明显的模式。

在每个实例中，您都有一个机器人和人工操作员之间的共享空间。在安全额定监测的停止中，前提是在与一个人的共享空间中，机器人根本不会移动。用手指导，常见的误解是这种方法用于教学。纳尔逊乳酸说，这不是这种情况。

“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。”

当用于描述协同操作时，手动引导指的是机器人与人共享空间，机器人只有在人的直接控制下才会运动的情况。这视频演示手动引导在协同操作。

“在速度和分离监控中，机器人和人都可以在那个空间中移动，”Nelson Shea解释说，“但如果机器人和人之间的距离太近，机器人就会停止，实际上就像第一种情况(安全级别的监控停止)。在力量和力量有限的情况下，人与机器人之间可能会有接触，但机器人的力量和力量是有限的，而且有足够的填充或其他东西，这样即使有任何冲击，也不会疼痛和受伤。”

她说，也有可能在一个机器人系统中混合这四种协作操作方法，甚至是四种都有。例如，在这个FANUC CR-35IA协作机器人的视频，使用三种方法：安全额定受监控的停止，手引导和动力和力限制。

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，其中包含有关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。然后可以推断数据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，但更有趣的东西是为了电力和力量有限的机器人，”加拿大合作机器人的协作机器人自适应夹具制造商的Jean-Philippe Jobin Jean-Philippe Jobin（Robotiq）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。”

Jobin，以及Samuel Bouchard和Vincent Duchaine总裁，2008年被Cofounded Robotiq作为拉瓦尔斯大学。Jobin也是ISO委员会的加拿大技术专家，纳尔逊乳头。

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。“如果你的应用程序需要比文件中所述的稍高的力或功率，这并不意味着它不安全。我们从这个技术规格中得到的数据是关于疼痛的，而从10218要求的是不应该发生伤害。疼痛和受伤是有区别的。用户可以通过测试来证明，即使他们比15066年规定的水平稍高一点，它仍然是安全的，因为他们可以证明，机器人在这些特定情况下不会伤害人。”

他说，在评估风险时，重要的是要注意应用程序，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。

在通用电气照明公司，安全是机器人采用过程中的一个主要因素，并向工人灌输了新的协作机器人范式的信心。

“在通用电气，安全是我们的首要任务，”Menassa说。“对于任何应用程序来说，关键不是机器人是否安全，而是任务是否安全?”所以我们做任务评估风险分析。我们遵守所有的规则和RIA标准。我们从RIA请来了一些人来培训我们。我们要确保我们了解机器人在做什么，末端执行器的形状，有没有什么锋利的东西，有没有什么最终会伤害到人的东西?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，那么我们就会放置适当的安全装置，比如光屏或激光扫描仪，这样我们就可以降低风险。

“RIA发布了我们进行任务评估的方法，”他继续说道。“我们经历了整个过程，并使用他们的方法来评估是否存在风险以及风险有多严重。我们试图围绕它进行任何工程设计，以降低这种风险。”

Menassa指的是ANSI注册的技术报告RIA TR R15.306-2016，基于任务的风险评估方法．tr306描述了一种风险评估方法，符合2012年R15.06标准的要求，并于2016年更新。

爪安全
虽然在ISO委员会的作品中，目前在协作应用中没有机器人结束效应器或武器端部件的具体安全准则。在临时，建议设计师和集成商遵循TS 15066的指南。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表示，他们为Robotiq抓取器提供了多种选择，以降低合作应用中受伤的风险。“这些选择大多是基于硬件的。我们可以保护人们不受夹持器夹点的伤害。在大多数情况下，使用我们的产品符合15066是可能的。”

Robotiq 2-Finger和3手指自适应夹具旨在与市场上的各种协作机器人兼容。例如，即插即用集成套件可用于通用机器人的UR系列COBOTS，包括安装它的所有内容，机械接口，所有电缆和右控制器。夹具在与机器人相同的控制器上运行，并且还在教导吊坠界面上显示。

查看关于Whippany Suntation Systems的此故事使用具有Robotiq夹具的新UK机器人开始的容易在这个熄灯应用程序。

一只胳膊，两只眼睛，无限可能
与此同时，回到通用电气照明公司，索耶正在接受检查。GE选择Sawyer而不是老大哥Baxter，是因为其更高的有效载荷在4公斤，更好的重复性+/- 0.1毫米，以及其苗条的外形。和它的双臂兄弟一样，Sawyer也有一个7自由度的手臂。

索耶有一个运动学冗余的7轴臂。这种设计赋予了机器人非凡的灵活性，特别是在狭窄的空间或与人类合作时。使用7轴，可以旋转机器人的肘部，避免与其他物体或人接触。想象把你的手握在一个位置，比如在方向盘上，仍然可以转动你的肘部，把它放在扶手上。

Menassa说:“现在我可以在非常狭小的空间里工作，如果我和人一起工作，这一点非常重要。”“我不想为了让机器人朝某个方向(或结构)移动而用肘部撞击某人的身体。这对我们来说非常重要，当你开始在装配线上观察3到4英尺的小脚印时。”

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。”

但是机器人的动画眼睛实际上并没有“看到”任何东西。Sawyer在其头部和手臂上有嵌入式视觉传感器。

在葛介绍了机器人的工人之后，下一步是将锯晶引入生产区域，解释Menassa。“我们拿走了我们认为是可行的一些应用程序，并将它们嘲笑在植物内部，但是人们可以开始舒适（带锯晶）。

“有一个机器人做一个任务非常简单。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，它是如何抓住它的，我们如何抓住它？容器如何回收？Sawyer拿起和下降的最佳方向是什么？您不会经历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，但他们最终设计了一个良好的策略，以便为机器人展示。“我们开发出极低成本的持有者，泡沫和非常便宜的机架施工，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，非增值任务的机器人
梅纳萨说，没有必要重新配置装配线。他们把索耶也丢进去了。2015年12月，索耶加入了他的人类同事的主线。

梅纳萨解释说:“在任何人的任务中，无论是60秒的周期还是2分钟的周期，你都会看到50%到70%是我们所说的无附加值的。”“这是当你离开工作去拿一个工具或部件，看一个文件，或当你在细胞周围走动。当你最终将零件添加到组装中时，这是你所花费的唯一增值时间。其余部分是无价值的。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。“由于需求旺盛，我们的业务需要扩大规模。问题是如何在不增加人力的情况下实现更高的产出?有时候，由于空间的限制，添加人员非常困难。通过增加机器人，我们能够以尽可能低的成本，以低成本和灵活的技术，在同样的人数下实现更高的产量。低成本、灵活的自动化概念是真正的协作机器人。”

2015年，电气通过其风险投资臂投资了重新思考机器人。GE Ventures位于良好的公司，贝斯科斯探险（亚马逊创始人兼首席执行官杰夫贝罗斯投资公司），查尔斯河探险，以及Rethink的其他投资者中的高盛萨克斯。

Menassa说，GE也是与合作伙伴供应商开发移动协作机器人。“通过移动性的耦合协作将使我们具有可以导航工厂并执行多项任务的移动机器人的最终愿景，并在低批量生产中利用该机器人的每分钟。”

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生始终如一的供应链．Menassa说，通用电气正在试验安装在自主移动平台上的协作机器人和传统机器人，比如OTTO 1500(如图)。

他表示:“现在，我们有了可以照料数控机床和加法机床的移动机器人。”“将机器人引入机器将使通用电气保持灵活和敏捷，同时与移动协作自动化同步扩大我们的产品数量。”

去年9月，GE Ventures还成为明确的Clearpath机器人的战略投资者。已选择奥托自动驾驶车辆在通用电气医疗保健公司实现自动化即时部件交付在威斯康辛州的维修设施。

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，配备智能、数字工厂，你就有了娱乐预示着制造业的未来．在未来，机器人与人类携手合作，共同提高效率和生产力。

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