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    在工業機器人大量參與的自動化生產中，難免因各種情況而需停機調整機器人點位，這一過程往往將進行數小時，這段停機時間造成的產能損失往往讓客戶難以接受。“快速部署、易于調試”幾乎是每個工業機器人集成銷售商都會遇到的最大挑戰之一。

    3C制造行業中，工業機器人正在越來越多地進入3C零部件加工，搬運，組裝等工段中，因產能需求大，因而3C制造業區別于傳統設備制造業的最顯著特征就是各工段排布緊湊、工時短，如此短而快的節奏勢必難以離開工人的配合——甚至是由人監督和主導勞作內容，而機器人輔助完成其中繁復的體力工作。

    以上論述為廣大機器人集成商指明了未來機器人技術的發展趨勢，即“以人為本”的產業技術發展思想，要求工業機器人這種無感情無思想的冰冷金屬工具必須變得“柔軟”、能夠在一定程度上完成和人的密切交流，方能真正的適應未來智慧工廠、無人化工廠的發展要求。目前越來越多的機器人廠家已經注意到這一點，并致力于直接示教與人機協作技術的攻關。

技術概述

    為實現深入人機協作技術，可以通俗的理解為通過各種技術手段使機器人從原本的剛性體變得“柔軟”，能夠對工作中相對微小的額外外部力進行感知辨識，并產生特定的反應。如在工作模式中發生預期以外的碰撞則應該停止、示教模式中可以輕松拉動機器人工作面達到指定位置（直接示教）等。該技術的技術基礎是零力控制技術。

    目前已知的零力控制技術有兩種實現方式：基于位置控制的零力控制技術和基于直接轉矩控制的零力控制技術。前者需要搭配各種力檢測器、或者使用估計法以獲得確定的外力方向并實施相應補償直至外力消失。后者以計算各關節對應的重力及摩擦力，伺服控制器工作在轉矩控制模式下，通過控制各關節伺服驅動器輸出對應大小的力矩，則機器人在外力的作用下克服慣性力而即可運動。

技術現狀

    較早的ISO10218中，按照協作程度從低到高，提出了四種人機協作方式：

1.Safety-ratedmonitoredstop（安全級監控停止）

2.Handguiding（手動引導）

3.Speedandseparationmonitoring（速度和距離監控）

4.Powerandforcelimiting（功率和力限制）

    通過對工業機器人及工業設備市場的分析我們可以看到：一、目前國外在這一方面處于遙遙領先的地位，具有代表性的KUKA與UR機器人均推出了人機協作專用機種；而我國目前尚處于理論與實驗室階段，少有成熟產品出現。二、縱觀國內外直接控制手段，均不能離開力傳感器的協助，即必須在末端或者機器人本體中額外增加力傳感單元，勢必會大大增加機器人的制造成本。

    綜合以上兩點所述，盡快開發出成熟的零力控制與碰撞檢測技術，并使其應用到工業機器人控制中，降低機器人的制造、維護與部署成本的技術攻關勢在必行。

技術應用范例

    秉承著以人為本的理念，深圳市精匠機器人科技有限公司（以下簡稱“精匠”）自成立起就一直致力于人機友好與人機協作技術的開發，將人機協作的概念不斷應用在該公司研發生產制造的工業自動化裝備中。為了最終達成人機協作、智能制造的理念，“精匠”采用了三步走的技術發展策略：

1.安全級監控停止——安全門、安全光柵的全面覆蓋

    目前“精匠”已經在其生產的所有工業設備中實現了安全級監控停止的功能，即通過安全護欄進行徹底的人機分隔，借助安全門或安全光柵，當操作員的肢體進入機械工作空間時將會立刻觸發感應裝置，設備立刻停止。在操作員退出該空間且確認后，設備恢復工作。最大程度上杜絕生產安全事故。

精匠生產的某產品防水檢測設備

精匠生產的某3C產品的掃碼設備

精匠測試車間的安全護欄與安全門

2.“速度和距離監控“功能的試導入

    經過兩年的努力，“精匠”在現階段需要人機密切配合的場合嘗試導入了“速度和距離監控“這一功能，具體實現方式為搭配安全光柵、工業相機和距離傳感器感知工人距離，并將工作區間做分級處理，工人到達機器人工作區間后機器人及整個相關設備降至低速并由正常工作模式切換至”安全模式“，以便使用者在不停機的情況下進行簡單的調整，如果不慎發生預期以外的碰撞，則機器人會立刻停止；

3.以直接示教、碰撞檢測為最終目標的人機協作

    目前精匠正在加大人力投入進行對零力控制模式的研究，并在直接轉矩控制技術中取得了一定的成果，不遠的將來“精匠”將在其研發制造的的所有的小型六軸機器人中植入以“轉矩模式控制的零力控制“模塊，并嘗試在中型規格的特定機型中加入單軸扭矩檢測模塊，以期在不遠的將來能夠確實地實現調試狀態中的“直接示教“功能和工作狀態中的”人機協作“功能。

人機協作概念（圖片來源于網絡）

結論與展望

    需意識到，我們在人機協作技術中距離世界水平仍具有較大差距，功能不完備并且因為數量原因難以在短時間內積累海量的經驗。同時我們公司在對文中技術的研發中也依然面對著重重困難：在基于位置模式的零力控制中必須使用各種形式的力傳感器，這勢必造成了極大的成本增加，而在直接轉矩控制模式中會伴隨著系統的不穩定，需要重新優化安全功能的設計。

    面對以上的問題，一方面我們需要投入更多的研發力量進行技術攻關，一方面我們期望可以和更多的研究院與企業進行學術交流與合作，共同突破。同時，我們也希望自動化工裝設備中能夠出現更多的先進零配件，如性價比更加優越的力傳感器、電子皮膚等，真正使需要與人密切交互的工業機器人等設備產生“觸覺“，使更加安全可靠的人機友好型設備能夠更多地投入到工業生產中。