机器人

确保协作机器人成功的三种方式

封面故事:协作机器人为制造商提供了很大的潜力，但只有企业在教育、评估和整体设计方面勤奋努力，它们才能长期成功。

凯利的查尔默斯 8月3日，2021年

礼貌：应用制造技术

学习目标

选择一个合作机器人首先要问公司希望机器人做什么，以及它有什么能力。
了解协作机器人安全标准和通用机器人安全标准是至关重要的。
协作式机器人设计从机器人开始，但它必须包括人类的互动，因为它们是设计来一起工作的

经常被称为Cobots的协作机器人是专门设计用于物理地与工作空间中的人物相互作用的机器人设备。传统的工业机器人需要使用安全守护和其他设备在工作时保护人类。

Cobots在传统和非传统市场中受欢迎，并且可以带来独特的挑战。在使用Cobots可能是传统机器人的非常类似的事业时，实现的初始阶段将决定系统的成功。

协作机器人的成功应用需要考虑三个阶段:教育、评估和设计。

协作机器人教育

任何新型技术的第一个阶段都是教育。这个装置是如何工作的?它的能力和局限性是什么?这对我们对安全的理解有什么影响?

Cobots在机器人领域的独特位置是由于它们的内部设计，包括力传感技术。机器人设计成在检测到超出阈值的外力以防止伤害时停止。机器人运动中允许的速度和扭矩仅限于消除与人类运营商的不安全接触。许多Cobot模型允许对这些设置进行可编程控制，以便可以调整限制级别到系统的需求。但是，这意味着必须根据自动化系统和Cobot技术的适当安全要求教育这些技术的那些。

传统机器人的大量安全策略是以机器人自动化和人类之间的分离为中心的。这包括保护围栏等保障措施，以限制人类对机器人操作区域的访问。在人类和机器人可以运行的共享工作空间中，采用像灯屏和地板扫描仪这样的监控设备是典型的。在自动化和人类之间需要多种标准，以解决这些不同的场景。

图1：机器人领域Cobots的独特位置是由于它们的内部设计，包括力传感技术。礼貌：应用制造技术

实施协作技术的最重要步骤之一是指定安全方面的权威机构。这需要在实现人类和机器人协同工作的目的时，在如何实现安全方面做出转变。指导方针将继续制定，关键是要有一个在行业标准和最佳实践方面最新的指定拥护者。这些法规包括ANSI/RIA R15.06-2012用于通用机器人系统安全，以及RIA R15.806-2016用于更具体地解决协作机器人技术。技术报告RIA TR15.806-2018提供了在设计协作工作空间时可能需要的额外的测试指导。

协同机器人评估与规划

使用这种类型的协作机器人的最常见的误解之一是使系统能够为人类安全。实际上，电力和力量限制特征仅适用于机器人本身。它们不考虑任何其他潜在的危险，包括安装在初级机器人身体上的其他部件，如扶手件（eoat）。

实施协作技术的第二阶段是正确评估系统安全性。安全风险评估是基于任务的对系统潜在危害的审查。根据严重性和频率等特征评估危险，然后审查了通过设计减轻风险的能力。这是一个正在进行的过程，应该在系统预设计中启动并继续通过构建。在这种类型的迭代程序之后，将确保在设计期间满足安全考虑因素，而不是作为事后的经文。

在此阶段的关键组件是考虑通过自动化执行的任务。一般的拇指规则是让人类做到最好的事情。这通常包括涉及关键决策，高灵敏度/感知，技术知识和非常规操作的任务。机器人最适合接管重复和常规的工作量。可以教导编程来包括决策过程，但是当判定输出有限时，它是一个有效的权衡。通过协作机器人，扩大了此任务分配决定，以考虑如何影响风险评估。

图2:评估阶段将依赖于协作设备和标准的知识。任务分配将受到机器人自身能力的影响。礼貌：应用制造技术

评估阶段将依靠协作设备和标准的知识。任务分配将受到机器人自身能力的影响。电源和力限制设备的限制与有效载荷和速度控制力的限制。例如，来自一个机器人制造商的Cobot设备以4到35千克的最大有效载荷容量而变化。与工业机器人相比，这是一个相对较轻的范围，这可以具有超过2000千克的有效载荷能力。类似地，与传统机器人模型相比，臂速度受到重大因素的限制。这会影响设备实现循环时间目标的能力。委托给Cobot的每个任务都需要根据这些参数进行评估以进行可行性。

协作机器人设计

合作机器人实现的第三阶段是设计。从协作空间的角度来看，我们必须包括在设计概念期间的人为接触分析。即使正在使用COBOT，它也不只是关于机器人。所有工具和设备都需要与风险评估评估结合使用。必须审查任务以审查潜在的粉碎和影响接触危险，因为人类可以直接接近设备。

安全标准中有规格阐明了涉及人体不同部位的危害可以接受哪种力量。例如，接触的考虑因素而不是人眼。Cobot编程和设置的灵活性使得有必要了解这些规范以及如何测试它们以确保操作员安全的适当限制。仿真等工具可以帮助识别危险和设计分辨率。

大多数合作机器人设备都采用了圆形轮廓，以增加表面面积，减少接触情况下的作用力。类似类型的深思熟虑的设计选择需要反映在工作空间的其他工具和设备中。这可能包括使用特殊的防护罩，以防止不必要的接触可能对附近工人造成危险的部件。当需要维护时，可取下盖子以便进入。

图3：大多数Cobot设备采用圆形轮廓来增加表面积，并减少接触情况下的力。礼貌：应用制造技术

有时，有些任务造成由于过程的性质而无法解决的危险。例如，将部件紧固到组件所需的力可以超出规格限制。另一种选择是使用辅助设备来控制在该特定操作期间对受控空间的人类访问。这可能涉及像光屏一样的组件，该组件将监视人类对设备周围的区域的人。系统的设计应在插入任务的危险期间提供安全控制，但否则允许人员和机器人之间的合作过程。

Cobots为制造业和自动化公司提供了独特的机会。然而，对如何使用协作技术缺乏了解往往会使这个过程更加困难。像对待标准机器人一样对待合作机器人将限制它们所能带来的价值。忽略协作工作空间中需要的安全考虑将在构建期间产生不必要的挑战。实现这一价值的关键在于从一开始就在设计工作空间时就考虑到协作技术。