如何安全启用协作机器人？

来源：控制工程中文版

作者：Tina Hull

（本文经授权转载）

图片来源：欧姆龙

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制造商正受益于协作型机器人的应用。通过与运行人员安全的协作，机器人可以灵活地执行更多繁重的任务。

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在最初几十年，机器人应用技术无需人工干预即可运行。这有两个原因 ：机器人的灵活性有限，因此人类没有必要与之互动 ；而且机械臂的高速运动，对任何靠近它们的人都很危险。尽管缺乏灵活性，但机器人技术可以降低运营成本、资金成本、人工流失和浪费，同时可以改善产品质量、生产效率和员工安全。

现在，随着机器人技术的发展，人和机器人已经可以共同实施任务，这种新的伙伴关系提高了制造企业产线的灵活性。当今的业务模式和技术驱动力，例如数据驱动的服务、缩短产品周期、引入机器学习以及区分个性化产品和品牌的需求，正在使灵活的协作机器人应用（人和机器人协同工作）成为制造商的有效选择。

▎协作机械臂可以安装在移动基座上，以执行“拾取和携带”任务。

在协同作业中使用机器人

目前，在协作应用中使用的机器人，通过将其力量限制在适合人类接触的水平，从而设法将其潜在的伤害降至最低。它们通常采用力反馈、低惯性伺服电机、弹性执行器和碰撞检测技术。

协作机器人比常规机器人更紧凑，并且通常具有轻巧的框架，该框架具有柔软的圆形边缘和最小的收缩点。它们配置了传感器，能够检测到运行人员何时进入协作工作区以及何时会接触。在定义明确的协作工作区内，如果没有人出现，则危险区域内的机器人可以以更高的速度运行。

▎协作机器人使用其力反馈传感器和多个运动轴来执行机器维护任务，例如用夹具关闭 CNC 机器门。

力扭矩（FT）传感器是用于指导新任务的手动引导机制的关键组成部分。手动引导教学是当今协作机器人应用的最大优势之一，因为它使运行人员无需先进的机器人编程知识，即可为新的应用准备机器人。

为了使协作机器人应用适合运行人员，还需要将安全操作原理应用于系统的其余部分，包括终端执行器和紧固装置。一些终端执行器是比较危险的，包括会出现尖锐边缘或高温的终端执行器，例如焊接应用中使用的终端执行器。

▎许多协作机器人的柔性臂可以装配各种终端执行器，并可以通过手工指导进行新任务的培训。

在协作应用中，经过特殊设计的机器人可以与运行人员紧密合作，更高效率的完成任务。许多制造企业将专门为协作应用设计的机器人引入到他们的工厂设施中，以处理简单的取、放任务，但是这些机器人的多功能性，已经超出了取、放应用的范围。由于这些机器人允许对机器进行大量的人为控制和授权，因此它们可以完成许多重复的制造任务。

在生产线上，对于工人而言，包装和码垛可能是重复且乏味的。配置了可以识别各种产品类型的灵活抓爪和视觉系统的协作机器人系统，能够处理冗余任务和繁重的工作，而让运行人员去执行需要人工输入的任务。

▎集成式视觉摄像头为协作任务提供了关键输入，例如，该视觉引导机器人检查 CNC 机器监视器的信息。

协作机器人应用还可以执行处理原材料的任务。其中许多任务需要工具反复遍历精确路径。鉴于路径的复杂程度，可能难以训练出该任务所需数量的工人，而通过编程或手动引导教学训练的协作机器人则能提供快速、准确和一致的结果。

机器维护是协作机器人的另一个有用的应用。尽管将零件和材料装载到机器中的过程通常是一种重复且危险的工作，但目前，大多数机器维护工作仍由人工完成。由于很难找到合格的工人，因此制造商正在采用灵活的机器人解决方案来提高生产率，同时最大程度地减少对工人的危害。机器人可以将材料装载到计算机数控（CNC）铣床、空注塑机中，或将印刷电路板（PCB）插入测试机等。

▎协作机器人是自动化机器维护任务的理想选择，例如从CNC 机器上卸载成品零件。

安全意识和风险评估

尽管为协作应用设计的机器人可能比常规机器人更轻巧、移动更慢，但是安全措施仍然很重要。碰撞检测技术和低惯性伺服电机等功能，有助于最大程度地降低风险，但并不能完全消除风险。必须通过针对各种应用的风险评估来识别风险，并且必须执行适当的培训和安全措施。

需要确定的潜在风险，包括运行人员状况（例如疲劳或压力），在障碍物（例如建筑结构）周围的间隙，可预见的接触以及这种接触的后果，与工作区域相关的其他危险，以及滥用或缺乏运行人员培训等情况。运行人员也需要了解机器人经过的路径和过程。

制定指导准则有助于帮助运行人员在各种应用中评估机器人在执行给定任务时的安全性。这些应该包括 ：

运行人员进入协作工作区的时间和频率？

运行人员与机器人之间潜在的接触频率和持续时间？

与头或颈部接触的可能性是否很高（如果是，则应重新考虑或重新设计协作应用）？

过渡到协作工作空间或从协作工作空间过渡出来时的工作场景？

是否可能意外启动机器人而使运行人员感到震惊？

是否有多个运行人员与协作机器人一起工作或能够访问协作工作区（如果这样，则可能需要评估用于监视其他人员的传感设备）？

工作场所或周围空间的其它结构是否可能造成夹伤和挤压？

哪些异常事件需要手动重启？

不同级别的驱动功率是否给运行人员带来不同级别的危险？

运行人员是否穿着可能会夹在夹具中的个人防护设备（PPE）？

如果机器人不移动时，是否存在任何驱动和电源相关的危险？

尽管在设计时就考虑了协作机器人的人机交互性，但风险评估后仍然可能需要添加其它缓解措施。这些风险评估必须考虑机器人与运行人员互动的所有方式，周围环境的哪些方面可能导致夹紧或卡住，以及机械手臂末端工具（EOAT）的哪些特征可能因高温、锋利的边缘或其它危险而造成风险。

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