分离结束：工厂和机器人作为工厂地板上的协同同事

一个工业机器人的新领域正在向我们走来。在这里，在制造车间，人与机器人的协作是可行的，也是成功的。

欧海人士是一种新的合作机器人，与现实世界制造环境中的人类集成，不含过去所需的许多安全约束。男人和机器人之间没有更多的分离。

现在，在我们在制造空间中的意义上看，我们有一个范式的转变，他们在制造空间中的意义，甚至是他们的回报分析。作为同事，人和机器人与彼此相互作用。

人类和无笼
我们当代的同事有一个共同点。它们可以在没有安全围栏的人占据的工作空间中操作。这种机器人是放养的。

这并不意味着他们的工作空间没有安全外围设备，但他们的重量级堂兄弟的精心安全保护系统已经消失。围栏正在下来。机器人正在全新的光线中看到。

“For all of these years, when we would put a robot into a plant, those at the executive or management level would say, ‘There’s a machine and that machine does that.’ When you put a dual-arm robot in to do the same thing,” says Erik Nieves, Technology Director forYaskawa Motoman机器人在俄亥俄州的迈阿密斯堡，“我们发现管理层现在有了不同的看法。”他们说，‘啊哈，好像要分娩了。’

“现在，它不再是关于一个特定的任务或过程。这是一种拟人化的功能，我们与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的协作环境中自由工作，但都是相对轻的和灵巧的，独立的，并且作为一个群体改变商业模式从机器到劳动的机器人，这就是相似之处结束的地方。

单臂或双臂，6轴或7轴，22,000或六个数字，高速工业用途或通用店铺楼面 - 甚至一个带有动画的“面部” - 每个范式转换机器人有其优势和权衡，并在制造空间中雕刻自己的利基。

满足巴克斯特
Baxter，双臂人形机器人来自重新考虑机器人，已经在近代的名人地位上获得了近在咫尺的新闻自2012年9月成立以来。他有两条与躯干相连的7轴手臂，并有一个LCD显示屏作为“脸”，可以对人类的互动做出反应。他的体重为75公斤，每只手臂最大负重2.3公斤。Baxter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，并集成视觉来探测物体。以每秒0.6米的速度携带最大载荷，Baxter是较慢的协作机器人之一，但这不是他的强项。

“Baxter is best suited to tasks that are repetitive and don’t require a lot of skill, but require some of the common sense of a human being,” says Mitch Rosenberg, Vice President Marketing and Product Management for Rethink Robotics in Boston, Massachusetts. “For example, examining a part to determine if it’s in spec and if it passes, then putting it in the good pile; otherwise, putting it in the reject pile.”

这视频显示两个在装配线上工作的Baxter机器人。

遇见Dexter Bot.
Yaskawa Motoman的双臂机器人有15个轴，包括两个7轴臂，连接到腰部旋转的躯干。该协作机器人已在制造空间中有两年多，可用的有效载荷从5公斤到20公斤的每只手臂。德克斯特机器人甚至有自己的LinkedIn页面．

与只有22,000美元开始的Baxter不同，Yaskawa的双臂机器人保持传统机器人的速度和精度，其六位数的价格标签反映了这种性能的期望。“Yaskawa更适合流程和装配，在那里你必须将这个连接器贴合到那个插槽中，”聂说。“对于这些类型的应用程序，您更好的是在十分之一毫米的顺序具有重复性。”

这视频Motoman的双臂支撑着15个轴，这是一个用于升降辅助装配的实验室演示。

符合LBR IIWA.
KUKA的轻型机器人LBR iiwa(智能工业工作助理)在今年4月的2013年德国汉诺威展览会上亮相。它是根据与德国航空航天中心(DLR)的一项技术转让协议开发的，最初设计用于外层空间。目前的模型是一个7轴臂，称为23千克，具有“轻触”，用于复杂的装配任务。戴姆勒AG建造了500,000多个后桥齿轮箱，作为2009年在德国斯图加特的梅赛德斯 - 奔驰植物上推出的装配试验计划的一部分。

“LBR IIWA尤其擅长使用力引导的装配任务，例如齿轮啮合，钉孔插入，并搭扣配件，”高级工程师Michael Gerstenberger说：Kuka Robotics Corp.在谢尔比镇，密歇根州。

遇见你
去年9月，通用机器人公司在芝加哥IMTS 2012年会上推出了它的六轴单臂机器人宣布5月在北美的一点分销推动。自2009年以来，丹麦制造商销售全球有2,000个机器人。基本型号售价为34,000美元。UR系列有两种型号，5千克和10千克有效载荷，有较小的有效载体，UR5，18公斤称重。它的速度额定值为每秒1米，并在单相交流电源上运行。

“非常重复的应用程序，需要运营商整天或有时整夜站在机器上的平凡任务，加载/卸载和启动过程。这是确切的类型适合我们产品的应用程序，“国家销售经理Edward Mullen说通用机器人美国公司在纽约斯托尼布鲁克。“它非常容易使用和设置;它可以很容易地拾取并在设施周围移动。“

双臂概念
ABB的双臂概念是为了响应消费电子工业和其他部门的小型组装运营中对小型组装运营中的合作机器人的需求而开发的。14轴原型具有柔性夹具，基于相机的零件位置和ABB的IRC5控制器，集成在躯干中。根据机器人制造商，由于对其最初努力的积极反应，正在进行进一步的开发和改进。

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，传统上用于焊接和涂装应用。汽车制造商还使用其内部机器人技术来帮助装配线工人提升和运输重或符合人体工程学的挑战性物体。

丰田(Toyota)开发了一款用于安装备用轮胎的协作机器人，借助弹簧重量补偿机制和无力传感器控制技术，它可以与人一起操作，无需安全防护。该机器人的低功率电机(80瓦)节省能源，节省空间的设计有助于缩短汽车装配线。

这视频这是丰田汽车公司在装配线上展示的机器人。

在这类课程中的机器人之间具有如此多的明显差异，是什么让他们“协作”是附近的组合，安全性和易用性。各种技术进步使他们能够与他们的人类同事密切合作。

运动冗余
协作机器人的重要进步之一是开发7自由度机械手，7轴臂。Yaskawa和Rethink的双臂机器人和Kuka的单臂机器人，都有运动冗余的7轴操纵器。

“我们的轻量级机器人有7个关节，或7度自由，所以它实际上有一种比举行工具所必需的自由度，”Kuka的Gerstenberger解释道。“额外的自由程度导致运动冗余。有7个关节，你可以旋转肘部以摆脱其他物体或人的方式。这就像把握你的掌握在一个地方，说在方向盘上，仍然能够旋转你的肘部在休息的胳膊上放置它。“

运动学冗余本身不一定是一个“协作”特性，但当你有一个拥挤的空间时，它是有用的。

“大多数传统的机器人是6轴。你选择了姿势（位置和方向的组合）。控制器挑选了配置（手臂背后的手臂），“yaskawa的窝点解释道。“一旦添加第7轴，它就会将人臂从肩部与手腕上方模仿，现在您不仅可以选择该工具的位置和方向，但您可以选择手臂的形式或形状在它后面。现在，您可以将大量的机器人靠近（以及靠近人类），因为您可以轻松处理它们之间的干扰。“

通用的六轴臂不受运动的冗余，但由于其紧凑而轻巧的设计，在其他安全功能中，它能够在人类附近工作。“我们的机器人可以坐在一个人在一个人在生产线上，在两个人之间，并安全地工作而不让人在上游和下游扰乱这些流程，”穆伦说。

安全操作
每当你有机器人和人类分享普通工作空间时，安全就是至关重要的。这尤其如此，尤其如此，这种新的合作笼式机器人，其中许多人旨在与他们的人类同事一起肩并肩操作。

最新的机器人安全标准涉及人类和机器人的协作:ANSI / RIA r15.06 - 2012，工业机器人和机器人系统 - 安全要求，iso 10218：2011年，机器人和机器人设备 - 工业机器人的安全要求．

密歇根州安阿伯的机器人工业协会(RIA)标准开发主任Pat Davison说:“这些标准是在考虑机器人协作操作的情况下制定的。”“它们允许某些条件或程序以安全和高效的方式发生，人类和机器人共享同一个工作空间。”

在这种协同分类中，机器人使用不同的技术或产品特性来实现安全操作。

扭矩感应
Universal的单臂机器人具有解决电力和力量限制的功能。“如果它与人类或任何具有一定力量的物体接触，它立即停止，”Mullen说。“它知道拾取负载并将其从点A移动到点B的所需的力量。当它识别出移动所需的扭矩或力时，例如在碰撞中，机器人手臂安全地停止不会造成危害。”

Kuka的LBR IIWA还使用电源和力限制功能来安全操作。“我们的轻量级机器人在七个关节中的每一个都有扭矩传感器，”Gerstenberger解释道。“扭矩传感器内置于传动装置的输出侧的接头机构中。这意味着我们能够感知在联合水平和终点效应级别的情况。“

Gerstenberger说，控制系统也是安全等级的。“即使扭矩传感器失灵或出现某种错误，控制系统的设计方式是，它将提前发现任何问题，导致系统以一种安全的方式失灵。”

碰撞检测
根据Gerstenberger的说法，当LBR iiwa检测到与物体或人的意外接触时，您还可以改变其控制模式，从僵硬、全速模式到联合阻抗模式。柔软的、顺应性的模式允许机器人很容易被推开。当检测到接触时，机器人可以自动武装进入顺应模式，也可以解除武装以全速运行僵硬模式。

其他机器人制造商采取了不同的协作机器人安全方法。“余斯约的前提是，自动化将在大部分时间内工作，所以当它单独时，让它全速迅速，”聂人说。“我们的双臂符合目前的协作工作标准。这意味着在某些应用中，围栏可以由安全额定传感器（光窗帘，安全垫）取代，告诉机器人何时停止或减速到安全速度。“

系列弹性致动器
据Rethink称，百特也完全符合当前的安全标准。“反思”喜欢说，巴克斯特是“不言而喻的安全”。

罗森博格解释说:“这款机器人的设计具有完全可向后驾驶的关节，没有捏点，并能非常详细地感知力。如果它仅仅以很小的力量接触到人类，机器人就会立即停止并后退。伤害自己是不可能的。”甚至还有一段视频在网上流传，视频中，Rethink的创始人、董事长兼首席技术官罗德尼·布鲁克斯将自己的头放在了机器人的路径上，以展示巴克斯特的安全能力。

百特关节的伸缩来自于其系列弹性执行器。在传统的关节执行器中，电机驱动一个变速箱，所有的部件都是刚性连接的。在一系列弹性驱动器中，电机和齿轮箱驱动弹簧。弹簧与关节一起弯曲，让机器人“判断”弹簧的挠度所施加的力，并做出相应的反应。

重新思考承认当您制作机器人时足以使其能够与人类肩并肩工作。“你不能移动沉重的有效载荷，”罗森伯格说。“塑料部件非常适合，因为它们必须被处理和移动，但它们并不特别沉重。”

这视频在宾夕法尼亚州Hatfield的高容量塑料注塑师，在罗登集团的工作中显示了Baxter。

Rodon的设施经理Tony Hofmann表示:“与Rodon的运营商一起工作，可以向Baxter展示如何执行任务，并根据需要进行调整。”“在这里，我们使用Baxter来包装K’nex建筑玩具，特别是马里奥赛车Wii™赛车套装的轨道。”

霍夫曼的陈述提示给另一种协作特质，可行性。此类别中的许多机器人具有用户友好的功能，使它们被“教授”，从而消除了对复杂编程的需求。

教学,而不是编程
重新思考甚至没有使用“编程”一词来描述Baxter学习新任务的方式。

“关于这个机器人的新颖之一是，大多数任务都可以通过没有任何编程经验或技能来实现，”罗森伯格说。“你只是在手腕上的某个地方抓住了机器人，并展示了你想要的东西。同样，您可以展示您希望其识别的机器人与其视觉系统认识到哪些部分，并使用一套简单的菜单来告诉机器人需要序列的任务。“Baxter的LCD“面部”双打作为其图形用户界面。

Universal的UR系列与Baxter类似，大多数编程任务不需要编程经验。

“通用系统没有基于pc的语言，”穆伦解释说。“通过按下吊坠上的按钮，你可以慢跑每个单独的轴，使机器人进入位置。或者你可以按下一个按钮在后面的教学垂饰，反向驱动所有伺服电机。然后你就可以抓住机器人的手腕，把它移动到合适的位置，它就会知道这一点。”

“您不必是与此机器人接口的偏差工程师，”映射迈伦。“任何人都可以在15分钟内培训才能使用此机器人。”

赋予人类权力
马伦说，这就像给人类操作员升职一样。“你允许人们在工作中承担更多的责任。你可以让任何一个工厂工人为这个机器人负责。”

“人类运营商只能（物理），”穆伦解释道。“因此，通过将人类的物理分开出在那里，您现在正在占据同一个个人并为他提供培训和监督机器人的责任。质量上升，过程变得更加高效，它能够运行24/7。“

穆伦说，当你赋予工人时，转型是显着的。“当你采取没有与自动化互动的人时，现在你允许他们承担责任并制作一些工作，它给了他们一种自豪和成就感。他们成功了，它激励他们。看到的是，看起来真的很令人着迷。“

这是人体机器人合作的本质，利用机器人赋予人们的目标更高，梦想更大。

新销售渠道
合作机器人领域还有另一种现象。与传统机器人不同，这些轻量级和便携式，以及在某些情况下，低成本，任务者在非传统销售渠道中弹出。他们走了几个机器人的地方，小型和中型企业的商店地板。

通用机器人是通过经销商销售其机器人来转移范式的人之一。

“分销是一种完全不同的销售渠道，”马伦说。“机器人集成商通常专注于一个行业。我们为我们的网络选择了高科技自动化领域最好的分销商，这样我们就可以进入所有不同的行业。我们机器人的灵活性让它对中小型企业很有价值，因为它可以在工厂周围非常快速和方便地重新配置。”

“我们一直在寻找一个差异化的解决方案，并为客户提供优势，”Spilip Hollingsworth，Sr.Spilip Hollingsworth，Samplem Technology LLC应用工程师，加利福尼亚州圣地亚哥，普遍经销商之一。“大多数机器人解决方案都有很多设置，但你的机器人非常容易和直观。”

这视频在加利福尼亚州科斯塔梅萨市的Sparkem公司的客户RSS制造& Phylrich公司，UR5在数控芯棒弯曲应用中发挥了重要作用。

RSS MFG & Phylrich的自动化专家Shane Strange表示:“UR5目前部署在我们的机械车间，用于处理中程部件的运行。“我们发现，由于它的重量轻，并集成了编程软件，机器人手臂可以从完成的运行中移除，并在其他地方重新部署，这大约需要我们的一名员工重新安装机器的时间。”

Rethink的百特(Baxter)也被用于瞄准更精简的业务。“我们的想法是制造一种非常便宜的机器人，不需要技术人员编程，这样中小企业就能够经济地采用自动化，从而能够成功地与低工资的制造业竞争，”Rosenberg说。

人形雇用
Yaskawa Motoman提出了一个更新颖的想法。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。他的公司经销Motoman双臂机器人作为合同雇员。

Higgins希望这一概念能够吸引那些想要为他们的自动化部分买单而不是利用它的用户。根据美国劳工部的数据，即使是Motoman公司最昂贵的钢领助理，也可以以目前蓝领助理的平均成本(约为每小时35美元)签一份单班合同。如果Steel Collar Associate能够24小时不间断地工作，那么每小时的成本将降至8.5美元以下。”

yaskawa的野生尼维认为这是一个逻辑过渡。“如果这些机器人看起来像劳动并像劳动一样行动，那么为什么不像劳工一样向他们收费？这是一个机器人的临时机构。“

从新的销售渠道到新的回收方案，即使是工厂地板也在收到改造。

人类大小的自动化
几十年来，机器人行业只有一只手。现在它有两个新品种的双臂机器人，甚至可以串联的单臂机器人。当您开始查看人类规模的自动化时，典型的工厂楼层计划开始变换。

“人类规模的自动化决定，如果你把人拉出来，把机器人拉出，反之亦然，没有什么应该改变，”聂解释说。他引用了一台机器趋势的例子。

“通常情况下，你面前有一两个机器，后面的传送带上可能有两个部件。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。为了实现同样的布局自动化，你需要机器人能够在不同的位置来回工作。你可以把一个工作站放在另一个工作站上，把一个传统机器人放在架子上，从一个工作站移动到另一个工作站，但如果你试着把人放回这种布局中，就行不通了。”

“在人类规模的自动化中，人民统治。不是机器人。“

机器人的手
nieves表示，相同的模型适用于终端效果。“有机器人使用与人类相同的工具。现在这引出了问题，最后的“手指”的最小数量是多少？这条手臂有效地使用人类的工具？答案是三个。“

Robotiq的“手”是一种电动，伺服驱动的3手指夹具，具有自适应手指，专为多用途使用。它可以控制中风，力和握把类型的各种部件。

“背后的想法我们的机器人夹持器是使用单个机械智能机器人夹具来处理所有部分，以降低工具成本，消除转换和最大化ROI，“营销总监Guillaume Robert说Robotiq在加拿大魁北克州圣尼古拉斯。

这视频显示了机器人3手指夹具，用作安装在合作组装方案中的Kuka轻量级机器人上的“三手”。

当您在制造竞技场中开始遵循生物学时，您开始从不同的角度看一切。当您考虑到固有的灵活性，人类的特征和易于使用这类新的协作机器人 - 加上他们作为人类赋予我们的天生的能力 - 可能性似乎无穷无尽。