傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的使用情況：安全護(hù)欄內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人在按照全自動(dòng)的方式制造汽車
事實(shí)上，工業(yè)機(jī)器人是在20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的，最初應(yīng)用承擔(dān)對(duì)人類健康構(gòu)成威脅環(huán)境中的特種任務(wù)，比如，將拐臂機(jī)器人應(yīng)用于放射性物質(zhì)處理中就是最好的實(shí)例。
在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，人們很快就發(fā)現(xiàn)可編程控制的多關(guān)節(jié)機(jī)械手有著不可忽視的優(yōu)點(diǎn)。從不同來(lái)源得到的信息表明，第一家在工業(yè)化生產(chǎn)中使用機(jī)器人生產(chǎn)線的企業(yè)是美國(guó)的汽車巨頭通用汽車公司。即使在今天仍然可以在各個(gè)汽車制造廠的裝配線上找到工業(yè)機(jī)械手。它們獨(dú)立地承擔(dān)著焊接、連接、定位和測(cè)量等不同的任務(wù)。
在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，機(jī)器人只完成它們編程控制的一些工作步驟。人與機(jī)器人之間的協(xié)作幾乎從來(lái)沒有發(fā)生過(guò)。一般情況下，機(jī)器人“同事”都被圈在護(hù)欄內(nèi)，避免傷害周圍的員工。這種解決方案和程序編制使得機(jī)器人的使用不夠靈活，例如短時(shí)間的機(jī)器人操作調(diào)整就要耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間、代價(jià)昂貴。
從手持式機(jī)械臂到可編程序控制的機(jī)器人
在像德國(guó)這樣的高工資國(guó)家中，機(jī)器人已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中使用了很長(zhǎng)一段時(shí)間。它們的外觀也呈現(xiàn)多樣化。最常見的機(jī)器人就像Kuka公司或者Fanuc公司產(chǎn)品目錄中的拐臂式機(jī)器人那樣。它們可以搬運(yùn)幾百公斤或者數(shù)噸重的物體，承擔(dān)著各種各樣的任務(wù)。
例如，移動(dòng)式和聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)輸機(jī)器人可作為將物資或者零部件運(yùn)送到各個(gè)目的地的移動(dòng)平臺(tái)。利用其配備的傳感設(shè)備，例如掃描器、3D攝像機(jī)或者超聲波組成的多模式傳感器，它們就能夠可靠地避開行進(jìn)路線上的障礙物，并與動(dòng)態(tài)環(huán)境中的其他移動(dòng)式機(jī)器人甚至人類“同事”一起工作。這樣，被加工零件就可以直接到達(dá)下一個(gè)加工點(diǎn)，不必再經(jīng)過(guò)整條裝配線了。
一段時(shí)間以來(lái)，操作者也在直接使用輕型機(jī)器人。但有時(shí)人與機(jī)器人之間的協(xié)作類型和方式是完全不同的。
在“工業(yè)4.0”的未來(lái)型解決方案中，即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化經(jīng)物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自我組織生產(chǎn)這一目標(biāo)的解決方案中就必須重新思考全新的生產(chǎn)加工制造過(guò)程。在個(gè)性化產(chǎn)品生產(chǎn)的道路上，下一步將是用模塊化的組裝方式取代生產(chǎn)流水線，屆時(shí)，人將與機(jī)器人攜手合作。
人與機(jī)器人協(xié)作的不同形式
在生產(chǎn)過(guò)程中，人與機(jī)器人協(xié)作的可能性來(lái)自多方面：
（1）在傳統(tǒng)的機(jī)器人應(yīng)用中，機(jī)器人都在單獨(dú)圍起來(lái)的安全防護(hù)欄內(nèi)工作，這種變型在汽車制造業(yè)中最常見；
（2）當(dāng)人與沒有護(hù)欄的機(jī)器人肩并肩地工作時(shí)，通常被稱之為“人－機(jī)共處”，但人與機(jī)器人的工作互補(bǔ)交往，沒有重疊的工作區(qū)，這種變型在汽車制造業(yè)中也是常見的，例如在汽車裝配線上；
（3）只有在人和機(jī)器人之間的工作流程同步時(shí)才發(fā)生人與機(jī)器人之間交互，但這里沒有直接的協(xié)作，人與機(jī)器人各有自己分享的工作空間，即：人在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)或者在機(jī)器人工作范圍內(nèi)移動(dòng)，例如，人在某一部件、組件處工作；一旦他完成了自己的工作就離開這一區(qū)域，機(jī)器人就抓起這一部件、將它輸送到下一工位處；
（4）協(xié)作方式：人與機(jī)器人同時(shí)在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)同時(shí)工作，但不是在同一對(duì)象上工作；
（5）人與機(jī)器人同時(shí)在同一區(qū)域內(nèi)的同一對(duì)象上工作，這種人－機(jī)協(xié)作也可稱之為通力‘協(xié)作’。在這種情況下，人可以直接達(dá)到機(jī)器人旁邊，反之亦然；
工作要求和成本費(fèi)用決定了協(xié)作方式
工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)為人－機(jī)協(xié)作提供了諸多潛力。對(duì)用戶來(lái)講最具決定性意義的是要知道：哪一種應(yīng)用情況能夠最佳地挖掘機(jī)器人技術(shù)帶來(lái)的潛力。例如，共享的工作空間和交互以及必要的安全保護(hù)措施對(duì)機(jī)器人應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性有什么作用？這些都是在規(guī)劃設(shè)計(jì)和方案設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到的。
因?yàn)槊恳豁?xiàng)投資的最后都有一筆成本效益的賬本：應(yīng)該取消全自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程影響生產(chǎn)能力和生產(chǎn)速度安全護(hù)欄，讓操作者能夠更加靠近生產(chǎn)線嗎？這樣一來(lái)，機(jī)器人真的不會(huì)在人－機(jī)互動(dòng)時(shí)有風(fēng)險(xiǎn)嗎？
人－機(jī)協(xié)作的潛力
多年來(lái)，人－機(jī)協(xié)作被譽(yù)為未來(lái)的生產(chǎn)場(chǎng)景。它描述的是人與機(jī)器人“親密無(wú)間”地直接協(xié)作。而這種人－機(jī)協(xié)作的一個(gè)重要任務(wù)就是：找到人－機(jī)協(xié)作團(tuán)隊(duì)的正確組織方式，將人的智能與人工智能最佳地組合在一起。人能夠非常好地做到在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻交付物品，是因?yàn)槿擞兄麄€(gè)過(guò)程的整體概念，知道各個(gè)工序間的時(shí)間進(jìn)度。而機(jī)器人需要的是動(dòng)態(tài)的進(jìn)度計(jì)劃，只有這樣才能在特定的情況下將正確的工具在正確的時(shí)間以正確的速度和角度輸送到位。盡管輕型機(jī)器人比它的工業(yè)機(jī)器人“同事”傳遞的力量較低，但其人性化的特性則能夠更好的實(shí)現(xiàn)“手拉手”的協(xié)作。
像ABB公司、Univesal Robots公司、Rethink Robotics公司和Kuka公司這樣的機(jī)器人供應(yīng)商都對(duì)人－機(jī)協(xié)作的趨勢(shì)做出了自己的反應(yīng)，開發(fā)出了自己的完全滿足MRK人－機(jī)協(xié)作要求的機(jī)器人產(chǎn)品和配套附件。第一款真正人－機(jī)協(xié)作意義上的雙臂機(jī)器人就是ABB公司的Yumi型機(jī)器人。在2015年的漢諾威國(guó)際會(huì)展中，這款雙臂機(jī)器人首次亮相讓德國(guó)總理默克爾激動(dòng)不已。
ABB公司研發(fā)生產(chǎn)的Yumi機(jī)器人被視為第一種協(xié)作式機(jī)器人。有了它，人與機(jī)器人之間安全地直接協(xié)作成為可能
霍倫霍夫研究所的多家研究機(jī)構(gòu)都圍繞MRK人－機(jī)協(xié)作進(jìn)行了研究，深入地探討了人－機(jī)協(xié)作的潛力。例如，2016年霍倫霍夫工業(yè)工程研究所IAO就進(jìn)行了人－機(jī)協(xié)作是否像媒體炒作的那樣的調(diào)研。在這次調(diào)查中，研究人員詢問(wèn)了那些已經(jīng)使用輕型機(jī)器人的企業(yè)在引進(jìn)輕型機(jī)器人過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，職工對(duì)沒有安全護(hù)欄機(jī)器人的接受程度以及機(jī)器人幫手的經(jīng)濟(jì)性。霍倫霍夫研究所制定的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是：在大批量生產(chǎn)之前或者前不久才開始使用機(jī)器人、同一機(jī)器人在多個(gè)不同企業(yè)中的應(yīng)用。
在這次調(diào)查研究的框架內(nèi)，研究人員詢問(wèn)了那些已經(jīng)擁有輕型機(jī)器人使用經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)了解了輕型機(jī)器人引進(jìn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)、員工對(duì)沒有安全護(hù)欄機(jī)器人的認(rèn)可程度以及使用機(jī)器人的成本效益。作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，霍倫霍夫研究所是以在大批量生產(chǎn)之前或者前不久才開始使用機(jī)器人、同一機(jī)器人在多個(gè)不同企業(yè)中的應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)。此次調(diào)結(jié)果為：與全自動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中的投資相比較，在協(xié)作性人－機(jī)應(yīng)用中的投資正在轉(zhuǎn)變。雖然人與機(jī)器人協(xié)作的生產(chǎn)方式減少了自動(dòng)化的零件物流等費(fèi)用，但卻增加了安全保護(hù)傳感器的成本費(fèi)用。同時(shí)，人參與其中也保留了人力資源在零件生產(chǎn)過(guò)程中的成本費(fèi)用。
根據(jù)霍倫霍夫研究所研究人員的觀點(diǎn)：如果能夠證明人－機(jī)協(xié)作能夠帶來(lái)更高的收益，例如減少了空間占用，則MRK人－機(jī)協(xié)作的生產(chǎn)方式是能夠得到回報(bào)的；因?yàn)樗梢院推渌a(chǎn)過(guò)程平行進(jìn)行，但目前經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)MRK人－機(jī)協(xié)作仍然有著很大的障礙。
協(xié)作型機(jī)器人也可以帶有一張“人臉”，如Rethink Robotics公司的Sawyer型和Baxter型機(jī)器人。它們已經(jīng)開始在一些生產(chǎn)車間里“上班”了
