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    人機協作(HRC)描繪了人與自動化機器共享同一工作區并在其中同時工作的場景。在工業4.0的推動下，該合作模型保證了高度靈活的工作流程、極高的系統可用性與生產力及經濟效益。

    工作流程靈活化是工業4.0的一大主題，該主題已延伸至在大批量工業生產條件生產相同規格的產品，產品和生產流程通過現代信息與通信技術相融合的“智慧工廠”(SmartFactory)，一方面采用智能化和自主化的機器；另一方面工業生產中的人機互動的頻率有所增加——人的能力與機器人的能力相結合，可形成工作循環更佳、質量更好并且成本效率更高的生產解決方案。同時，與人互動的自主式機器人需要有效支持生產流程靈活化的新型安全理念。

    近年來，驅動系統控制和物體檢測應用在工業自動化領域取得了重大進展，為人機協作的新時代鋪平了道路。人機協作是一種質量更高、成本更低、工作周期更快的生產解決方案。然而在人機協作的前提下，用傳統的物理隔離方法將處于危險中的人與危險源分離并不可行。SICK作為安全領域的專家，及安全委員會的標準制訂者之一，一直引領著安理念發展的前沿，數十年來一直專注于人機協作安全解決方案的開發與應用。

如何有效地降低人機協作的風險？

    根據人機合作方式，有不同的自動化形式。在實現全面協作（人與機器人共用同一工作區并同時工作）的過程中，需要解決共存、配合、協作等問題，為此不僅需要對機器人應用進行廣泛了解，還需要有風險評估方面的專業知識和相應的安全解決方案相組合。在典型的人機協作型場景中，傳統的共存型或合作型安全檢測解決方案已無法再滿足需要——如今必須根據實際危險程度來監控和限制機器人的力量、速度和行進路線，并在必要時使其停止。因此，人與機器人之間的距離成為極其重要的安全相關參數。

共存——聯鎖裝置

    在通常不需人為干預的工業機器人應用中，操作者有時需要進入機器人的工作區域，例如進行檢查或維護。此時，工作區域須使用柵欄隔開，防護門必須聯鎖。聯鎖裝置須確保每當操作者進入危險區域時，機器人的相關功能都已關閉，并且當人員留在危險區域內或防護門打開時，必須保持聯鎖狀態。

合作——SICK安全光幕/安全掃描儀

    涉及操作者裝載和卸載機器人單元的過程是工業機器人較常見的應用。在類似場景中，操作者和機器人在不同的時間與相同的工作區域中完成必要過程。根據裝載和卸載系統的設置方式，可使用SICK安全光幕/安全掃描儀結合SICK安全控制器進行人員檢測與防護。

協作——安全裝置、監控、檢測

    在某些應用中，人和機器人必須同時在相同工作區域中進行交互。在“協作”的場景中，機器人的力量、速度和運動路徑必須受到限制。

    ①需使用固有或其他的安全裝置、例如通過驅動器或系統控制器的安全相關部件的性能來限制扭矩，以將風險降至最低。

    ②根據實際的風險程度對力量、速度和移動路徑進行安全監控。這種危險程度還取決于人和機器人之間的距離。

    ③要求具有可靠的傳感器，如SICK安全光幕/安全激光掃描儀，能夠檢測人的存在或確定人向危險區域移動的速度及其距離。

協作操作模式——根據ISO10218–2與ISO/TS15066

    不同的人機協作工作站硬件或軟件參數設置都是不同的，即使所使用的機器人是專門為人互動而開發，也需要單獨評估人機協作應用的風險——這樣的“協作機器人”從基本設計上便呈現諸多固有安全的結構特點。同時，協作空間范圍也有基本的要求，例如與相鄰的工作區域、存在擠傷或夾傷危險的可進入區域需要保持的最小距離。IEC61508、IEC62061和ISO13849-1/-2等通用標準構成人機協作應用功能安全的規范性依據。此外，還應考慮到涉及工業機器人安全的ISO10218-1/-2和有關協作型機器人的ISOTS15066。機器人系統的開發商和集成商不僅要仔細檢查機器人制造商采取的結構性防護措施是否符合標準，還要評估到可能殘余風險和危害。為此，應當根據ENISO12100對機器人系統及其運動過程和預定協作區進行風險評估，從中得出相應安全措施——例如按照ISO/TS15066選擇相應的協作模式。

•監測安全停止

    •在協作區域內，監控與操作者協作的機器人的停止狀態，機器人驅動器可保持通電狀態。

    •手動引導控制通過手動引導來控制機器人的速度，確保人與機器人協作的安全性。

•力量和扭矩限制——協作之路

    通過將力量和扭矩限制在不會發生傷害和風險的預期值，來實現必要的安全性。基于有限力量和扭矩的應用需要專門為這種操作模式設計的機器人。技術規范ISO/TS15066規定了機器人與身體部位碰撞時不得超過的最大值（生物機械負載限制）。

•距離和速度監測——未來

    機器人的速度和移動路徑（軌跡）根據操作者在保護區域中的速度和位置來進行監視和調整。

    （注：以上模式可單獨或組合使用。）

安全協作模式的驗證

風險評估

    如今，市場上有各類機器人，從標準的工業機器人到專為協作操作而設計的機器人（協作式機器人或“Cobots”）。無論何時將機器人集成到系統中，都必須對整個機器人系統進行風險評估，以便于采取措施降低風險。即使機器人已經具有降低風險的設計特征，也必須進行風險評估。

降低風險

    通常用于協作機器人應用的固有安全解決方案包括：

    •限制最大力量或扭矩

    •優化機器人裝置，以減少壓力沖擊或碰撞力的傳遞（例如，機器人表面，吸能襯墊等）

    然而，這些固有安全方案的有效性可能會由于協作工作區域內的機器人工具、工件或其他機器的設計而降低。此時可以使用附加的安全裝置來解決這個問題，比如：

    •通過控制系統的安全相關部分來限制功率（扭矩）、力量或速度；

    •使用壓敏保護裝置（PSPE）或光電保護裝置，如SICK安全光幕/安全掃描儀來停止或反轉機器人的運動。

小結

    未來，人和機器人將在需要高度靈活性的自動化應用（例如，在定制化的小批量生產）中更加緊密地工作。人工裝配操作正逐漸被人機協作所取代。ISO/TS15066的設計原則補充了ISO10218-1/2已經制定的要求，并為協作機器人應用的設計奠定了良好的基礎。目前市場上的產品和設備仍無法完全滿足安全無阻礙的人機協作應用的全部要求，新型傳感器和機器人技術以及智能控制系統的發展是未來協作機器人應用的基本要求。