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如何構(gòu)建不傷害人類的工業(yè)機器人
DANBACH ROBOT
去年6月，德國大眾汽車個加工車間，位年僅22歲的維修工人因機器人出現(xiàn)故障而被“意外殺死”。此事件使得各大媒體紛紛開始討論人類與未來機器人“和平共處”的安全可靠性。那么，在今天這個不斷智能化、自動化的里，我們怎樣才能保證機器人可以安全地站立于人類身旁，在共享有限空間的前提下協(xié)同工作呢？
安全而高效的人類交互機器人——或稱為“協(xié)作機器人”（cobotics），將會對組裝生產(chǎn)線、家務(wù)勞動服務(wù)、健康保險領(lǐng)域以及物流產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生革新作用。
汽車制造商和航空航天設(shè)備生產(chǎn)商都已經(jīng)大規(guī)模引用自動化的機器人系統(tǒng)，英國航空公司（BAE Systems）在本月早些時候也宣布了要使用協(xié)作機器人來建造軍用飛機的計劃。
隔離
但截至目前，工業(yè)機器人在“與人類共享空間”方面仍談不上安全可靠——僅美國市場，每年因機器人造成的意外死亡就有20多起——因此大多數(shù)時候，機器人活動的區(qū)域是需要用屏障圍護起來的。
“它們在搬運重物等單操作上，非常高效實用。但是它們只能進行盲目且沒有智慧移動，因此在過程中旦觸碰到人，就很可能造成嚴(yán)重事故，甚至導(dǎo)致死亡。”德國弗勞恩霍夫研究所工廠操作和自動化研究員Jos Saenz表示。
與早期機器人不同，“協(xié)作機器人”安裝有傳感器并具備安全特性，能有效地偵測周圍出現(xiàn)的人及作出相應(yīng)反應(yīng)。這樣的設(shè)計讓人和機器人組成了完美搭配：后者的強度和度配合前者的視覺、感知、思維和適應(yīng)力將可釋放出更高效的生產(chǎn)力。
人與機器人的組合至少在現(xiàn)在而言是融洽的，因為人類具備的很多技能如今并不可以通過程序被創(chuàng)造出來。“有很多的經(jīng)驗和非書本上的知識是沒有辦法用程序代碼表達的。譬如，個工人可以察覺得到某些狀況不對，或者電鉆的震動不合往常，或者某個材料太硬。”Saenz表示，“想要通過文檔的形式把這些記錄下來，將很難做到。”
避免受傷
在利用“協(xié)作機器人”方面走得比較靠前的是BMW。2013年，BMW為旗下位于美國南加州的工廠安裝了由丹麥Universal Robots公司設(shè)計生產(chǎn)的機器人。該機器人可以在工人手握車門組件的情況下，通過噴射膠水以幫助完成汽車車門的隔離和水封操作。沒有這些機器人，傳統(tǒng)的手工操作將十分費力，并且還可能會導(dǎo)致手腕職業(yè)傷。
“我們感興趣的是人體工學(xué)和安全性。機器人可以生產(chǎn)線上進行推拉這樣重復(fù)性的操作而不受到傷害。”BMW組裝和物流部門負(fù)責(zé)人Rich Morris表示，“這些機器人與工人協(xié)同工作，工人們都愛死它了。”
但是當(dāng)個工人距離機器人太近了會怎樣？“機器人先會警告說你靠得太近。”Morris表示，“然后它會停止當(dāng)前操作。”
今年，機器人又被應(yīng)用到了另人體工程學(xué)繁重的任務(wù)上：向車底盤的孔內(nèi)插入硬橡膠。“很多工人在做這件事時導(dǎo)致大拇指受傷。”Morris解釋道。起初，BMW通過3D打印開發(fā)了保護骨骼來支撐手指，但如今擁有“超拇指”的協(xié)作機器人已經(jīng)完全接管了這項任務(wù)。
通過示范來學(xué)習(xí)
較高的協(xié)作機器人在功能上是靈活的，因此同款機器人型號可以輕松的跟進任務(wù)的不同而重新切換模式，如排列任務(wù)、裝卸貨任務(wù)以及處理原材料任務(wù)等模式。
Rethink Robotics設(shè)計的Baxter機器人擁有兩只機械臂和個動態(tài)表情面部（屏幕）。該機器人可以通過被示范訓(xùn)練來學(xué)習(xí)執(zhí)行各類任務(wù)：人類可以控制機器人的手臂，并指定系列動作，機器人會記住并重復(fù)，從而達到示范學(xué)習(xí)的目的。而頭部的屏幕則會通過表情提示告知周圍的人當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)，或者正遭遇的問題。
個脫離實驗室并投入實際使用的Baxter，是2016年2月由澳大利亞糖果巨頭Haigh's Chocolates引進的巧克力挑揀機器人。該機器人與其他工廠工人協(xié)同工作，全程無保護無隔離。
靈活性和精度
協(xié)作機器人下個主要適用領(lǐng)域是消費者電子品的組裝生產(chǎn)，該行業(yè)目前主要依賴人力。
今年3月，Baxter迎來了個“只手”的小兄弟Sawyer，該機器人被設(shè)計用于執(zhí)行電路板測試和機器操作等目的。
此外，幾乎同時間，總部在瑞士蘇黎世的ABB公司也推出了名為YuMi的機器人，該機器人配有大量傳感器，可以精準(zhǔn)地將線穿過縫衣針。
YuMi的小尺寸和移動范圍等特點讓其成為了小型組裝生產(chǎn)線的完美搭配，譬如智能手機、筆記本電腦和平板電腦等。
“這些特點對于在工廠中較大化利用空間，以及在小型工作室中安裝機器人是至關(guān)重要的。”部門主管Steven Wyatt表示。
旦協(xié)作機器人在工業(yè)界廣泛裝配并完成測試，它們就有可能會立即出現(xiàn)在家庭市場上，當(dāng)然這其中也有不少特別的挑戰(zhàn)。
“在工業(yè)環(huán)境中，會出現(xiàn)的人類通常都是18歲以上的成年人，足夠理解工作環(huán)境中穿戴護目鏡和硬皮鞋的重要性。但是在家庭環(huán)境下，切都會變得不同，譬如寵物和小孩會在地上滾爬等。”Saenz指出，“不過家庭市場卻是個更大的市場。”
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