人机协作迈向安全智能工厂

随着机器人工业的迅速发展，人们常常有这样的印象，即机器人将使制造过程比传统的人工劳动更安全。但这往往会给人一种虚假的安全感，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，可以在不需要人类交互的情况下执行完整的操作。另一方面，协作工业机器人是指与工人合作完成任务的机器人。

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有所增加。研究发现，事故最常发生在维修或复位期间。大多数事故是由于人为疏忽、没有遵守安全程序或安全控制装置失效造成的。随着技术的发展，机器人和劳动者一起工作的环境将变得越来越普遍，安全问题将变得更加复杂。

ISO/TS 15066:2016机器人和机器人设备-协作机器人，规定协作机器人的协作操作包括:

• 安全级监控停机:
  在ISO/TS 15066:2016中，该ISO协议要求机器人具有停止机器人功能，该功能可以在操作员进入联合办公空间之前监控安全并停止机器人在联合办公空间中的运动。当协同工作空间中没有操作者时，可以将机器人设置为非合作模式。如果操作员进入协同工作空间，而机器人系统在协同工作空间内，安全监控将阻止机器人运动的执行。机器人系统的动作只有在操作者退出联合工作空间后才能重新启动。
• 手指导:
  在这种操作模式下，操作员使用手动操作装置向机器人系统发送运动命令。在允许操作员进入共同工作空间并进行手动引导工作之前，机器人需要达到安全额定的监督停止。这是通过手动驱动机器人末端执行器或其附近的导轨来完成的。手动引导的机器人系统可以配备额外的功能，如增加的力量应用，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，机器人系统和操作者可以在协同工作空间内同时移动。通过在操作员和机器人之间始终保持保护性的分离距离，可以降低风险。在机器人运动过程中，机器人系统与操作者之间的距离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时，机器人系统停止。当操作者离开机器人系统时，机器人系统可以在保持保护分离距离的同时自动重新开始操作。当机器人系统速度降低时，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身体接触。这种模式要求机器人在有限的功率和力的作用下进行协同工作。通过将与机器人系统相关的危险保持在风险评估期间确定的阈值以下，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。

机器人停止时间和碰撞力/碰撞压力测试:

无论是工业机器人自身的停止时间，还是安全装置设定的停止时间，都要对参数进行严密的评估，以确定工业机器人的安全要求。虽然对工业机器人来说碰撞力和碰撞压力并不重要，但对协作机器人来说碰撞力和碰撞压力是一个重要的问题。

• 停止时间测量:工业机器人本体
  利用外部信号触发器获取工业机器人本体的停止时间数据。感应，触摸和停止时间测量仪器的使用。
• 停机时间测量:带有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，在机器人在用户工作区域内的操作阶段，将根据该操作的使用方式监控停止时间。
• 碰撞力测量:协作机器人
  当机器人需要接触操作者时，可以在机器人设计中加入具有不同弹簧特性的阻尼材料来控制机器人的冲击力。操作者的身体相对于机器人的位置被考虑在内，这些信息可以确定适当的操作设置和与机器人一起使用的安全阻尼材料。
• 碰撞压力测量:协作机器人
  基本测量与碰撞力测量相同，只是在测量碰撞压力时，在阻尼材料上放置压力测量膜来测量接触压力。可以对压力测量膜进行评估，以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长。在全球范围内，亚太地区的工业机器人安装量最高，特别是在中国、日本、韩国和台湾。对产能增长的持续需求将继续推动工业机器人的增长。特别是，选择性合规装配机器人手臂(SCARA)人机协作正在迅速扩大。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%，市场规模为446亿美元。受疫情影响，与2019年的487亿美元相比，同比下降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，复合年增长率为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，表明它们已经比工业机器人更受欢迎。主要原因是，由于新冠肺炎疫情，制造业更加认识到，将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，对机器人的需求也在增加。

在制造业，大流行后工业机器人的现代化和数字化生产将带来许多新的发展机遇。工业机器人的快速生产和提高生产质量的优势，为竞争力提供了保证。从2021年到2026年，全球工业机器人的安装数量预计将稳步增长。随着机器人成为现代制造业的重要基础，它们的功能也在不断提高。未来的趋势将是机械设备制造商从单机输出向综合服务转变。国内外的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。

全球科技围绕人工智能、5G、B5G、物联网等技术问题发展。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是不断变化的，其扩大取决于机器人视觉、机器人激光雷达、机器人远程实时控制的O-RAN架构、机器人自主移动通信系统的低轨道卫星等新信息通信技术的产生。新一代机器人将更容易安装和编程，并且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性的改善，以及边缘、人工智能芯片价格的下降和处理能力的提高，使机器人的处理器能够执行人工智能任务，而不是通过遥远的云来处理它们。这将降低响应时间的延迟，提高服务机器人的应用能力。边缘人工智能芯片可以解决和克服专业服务机器人的许多局限性，并提高它们的实用性、吸引力和实用能力。