人机协作迈向安全智能工厂

随着机器人产业的迅速发展，人们常常认为机器人会使制造过程比传统的手工劳动更安全。但这往往会给人一种错误的安全感，导致操作人员降低安全警惕性。如果机器人没有安装适当的安全功能，这可能会导致更高的受伤风险。

什么是工业机器人和协作机器人?

工业机器人是完全自动化的机器人，可以在不需要人机交互的情况下进行完整的操作。另一方面，协作式工业机器人是指与工人合作完成一项任务的机器人。

随着机器人在制造业中越来越普遍，各国制造业中涉及机器人的劳动事故也越来越多。研究发现，维修和复位过程中发生的事故最多。大多数事故是由于人的疏忽、不遵守安全程序或安全控制装置的故障造成的。随着技术的发展，机器人和劳动者一起工作的环境将变得更加普遍，安全问题将变得更加复杂。

ISO/TS 15066:2016机器人与机器人设备-协作机器人，指定协作机器人的协作操作包括:

• Safety-rated监视站:
  在ISO/TS 15066:2016中，该ISO协议要求机器人具有停止机器人功能，在操作人员进入共同工作空间之前，停止机器人在共同工作空间内的动作并监控安全。当协同工作空间中没有操作人员时，可以将机器人设置为非协同工作模式。如果操作人员要进入协作工作空间，而机器人系统在协作工作空间内，安全监控会阻止机器人的运动。机器人系统的动作只有在操作者离开联合工作空间后才能重新启动。
• 手指导:
  在这种操作模式下，操作者使用手动操作装置向机器人系统发送运动指令。机器人需要达到安全级别的监督停止，然后才允许操作员进入联合工作空间，进行手动指导的工作。这是通过手动驱动机器人末端执行器或附近的导向来完成的。用于手动引导的机器人系统可以配备额外的功能，如增加力的应用，虚拟安全区，或跟踪技术。
• 速度和分离监测:
  在这种操作模式下，机器人系统和操作员可以在协作工作空间内同时移动。通过在操作人员和机器人之间始终保持保护性的隔离距离，可以降低风险。在机器人运动过程中，机器人系统距离操作者的距离永远不会超过保护分离距离。当分离距离减小到保护分离距离以下的值时，机器人系统停止。当操作人员离开机器人系统时，机器人系统可以在保持保护分离距离的情况下自动重新启动操作。当机器人系统的速度降低时，保护分离距离也相应减小。
• 功率和力限制:
  在这种操作模式下，机器人系统和操作者之间可能会发生有意或无意的物理接触。这种模式要求机器人在进行特定操作时，在有限的功率和力的应用下进行协同工作。通过将与机器人系统相关的危险保持在风险评估过程中确定的阈值以下，通过机器人或安全相关控制系统中的固有安全方法来降低风险。

机器人停止时间及碰撞力/碰撞压力测试:

无论是工业机器人本身的停止时间，还是安全装置设定的停止时间，重要的是要对参数进行评估，才能紧密地确定工业机器人的安全要求。机器人与人之间的碰撞力和碰撞压力对于协同机器人来说是重要的问题，但对于工业机器人来说并不重要。

• 停止时间测量:工业机器人本体
  外部信号触发器用于获取工业机器人本体的停止时间数据。采用感应、触摸和停止时间测量仪器。
• 停止时间测量:带安全装置的工业机器人
  当用户使用协作机器人时，机器人经常会在协作工作空间中拾取或卸料。因此，在操作阶段，机器人在用户工作区域内，会根据操作的使用方式监控停止时间。
• 碰撞力测量:协作机器人
  在机器人的设计中可以加入不同弹簧特性的阻尼材料，以控制当机器人接触操作人员时机器人受到的冲击力。考虑到操作人员的身体相对于机器人的位置，通过这些信息可以确定合适的操作设置和机器人使用的安全阻尼材料。
• 碰撞压力测量:协作机器人
  基本测量方法与碰撞力测量方法相同，不同之处在于测量碰撞压力时，在阻尼材料上放置压力测量膜来测量接触压力。压力测量膜可以通过评估来确定压力面积和强度。

全球工业机器人市场分析:

2020年，工业机器人及其系统的市场需求急剧增加。在全球范围内，亚太地区工业机器人的安装量最高，尤其是中国、日本、韩国和台湾地区。对产能增加的持续需求将继续推动工业机器人的增长。特别是选择性顺应装配机器人臂(SCARA)人机合作正在迅速扩大。除了在生产线上的应用，机器人在物流、仓储和运输行业的应用也在不断扩大。2020年，亚太地区约占全球工业机器人市场的70%，市场规模达446亿美元。受疫情影响，这一数字较2019年的487亿美元下降了8.42%。然而，到2025年，全球工业机器人市场预计将达到730亿美元，年复合增长率为10.36%。

工业机器人的发展趋势:

近年来，协作机器人的使用迅速增加，这表明它们比工业机器人更受欢迎。其主要原因是，由于新冠肺炎疫情，制造业更加认识到，把机器人作为现代生产的核心，是保持竞争力的关键。在经常使用机器人的汽车行业，随着电动汽车的蓬勃发展，对机器人的需求也有所增加。

在制造业，疫情后现代化和工业机器人生产数字化将呈现许多新的发展机遇。工业机器人的快速生产和提高生产质量的优势，为竞争力提供了保障。2021年至2026年，全球工业机器人安装数量有望稳步增长。随着机器人成为现代制造业的重要基础，其功能不断提高。未来的趋势是机械设备制造商从单机输出向综合服务转变。国内外机器人制造商也将通过继续提供机器人安全解决方案来增加利润。

全球技术围绕AI、5G、B5G和IoT等技术问题发展。集成机器人系统将随着其发展而变得更加智能化。未来机器人智能的关键技术将是自主移动技术、识别技术、精密控制技术和远程通信技术。机器人的市场规模预测在不断变化，其扩张依赖于新的信息通信技术的产生，如机器人视觉、机器人激光雷达、用于机器人远程实时控制的O-RAN架构、用于机器人自主移动通信系统的低轨卫星等。新一代机器人将更容易安装和编程，由于信息和通信技术(ICT)的进步，它们将无缝连接并集成到智能制造部署中。

5G网络技术带来的无线网络连接能力的改善，以及边缘芯片、AI芯片的价格下降和处理能力的提高，使机器人的处理器能够执行AI任务，而不是通过遥远的云处理。这将降低响应时间的延迟，提高服务机器人的应用能力。Edge AI芯片可以解决和克服专业服务机器人的许多限制，提高它们的实用性、吸引力和实用能力。