“机器换人” 还是 “人机协作” ？ ——协作机器人的现状与展望

    近日， 德国大众汽车公司一座工厂发生了一起悲剧， 一名年仅22 岁的工作人员被机器人“杀死”了。事发时这名工作人员正在安装和调试机器人，后者突然“出手”击中工人的胸部，然后把他重重地压向一块金属板，导致其伤重 不治身亡。许多网友看到报道不约而同想到了电影《终结者》。片中计算机“天网”拥有自我意识，制造出机器人屠杀人类。

    虽然工作人员死于机器事故的案例并不鲜见，但这起事件触动了人们敏感的神经：难道科幻电影中的故事真的会成为现实？

    很难想像，人类世界会像电影中那样，真正面临机器逆袭人的时代。而就在前不久，东莞长盈精密开建首个“无人工厂”；上海海立集团设立的机器人“第二人力资源部”， 计划到今年末投入使用356 台机器人，减少用工1,000 余人。一系列新闻引发了制造业对“机器换人”的空前关注。

    中国制造业“机器换人”的高峰正值当下，但这实际上意味着，机器与人已经从单纯的“替换”和“被替换” 升华至更高层级的协作，同时人在机器“伙伴”的协助下， 将创造出更加智能和谐、合理高效的生产制造流程，为实现智能制造、个性化制造提供有力的支持；人与机器将以前所未有的方式来并肩工作。

协作型人机器人的前世今生

    一直以来，国际机器人市场都是一些由工程师为对应制造业设计的重型、昂贵且笨拙的机器人，但在实践应用中，并非所有的工业流程环节都需要大型机器人来提取较重的负载，取而代之的是轻便、敏捷的机械臂越来越多地承担了组装和提取工作。更加灵活的机械臂于是成为一种承担每天工作的可行性方案，小型的，低噪音的，低功耗的机器人是应对工业企业自动化和合理化需求最简单、最合理的解决方案。顺应市场需求，“协作机器人”悄然诞生，这种新型机器人能够直接和人类员工一起并肩工作而无需使用安全围栏进行隔离，并有望填补全手动装配生产线与全自动生产线之间的差距。迄今为止，部分企业尤其是中小企业依然认为机器人自动化过于昂贵和复杂，因而从不去考虑应用的可能性。然而，轻便灵活的“协作型” 机器人成为了中小企业的福音。

图1 协作机器人Baxter 与工人一同在流水线作业

协作型机器人的定义和行业应用情况

    协作型机器人又名人机协同作业机器人，它的发明旨在引导或辅助人类实现特定作业任务，从而降低人类劳动负担。需要指出的是，假设人类与协同机器人在一同工作， 如人类在工作过程中出现偏差或误操作，机器人将具备感知这一行为并及时纠正的能力。同时，协作机器人可以实时感知甚至预测作业过程中与人体的接触并能迅速规避以避免伤害。

    以汽车制造工厂为例，很多汽车装备工序都市由人类员工手工完成，这样装配方式成本很高，而将人工全部替换为机器人在技术上并不现实。如果机器人和人类没有紧密互动，则二者的生产潜力都无法发挥出来。协作机器人的出现把人类的灵活性、适应性和解决问题的能力与机器人的力量、耐久性和动作的准确性结合起来，这将能显著改善当今生产装配的困境。

图2 宝马美国工厂中工人和协作机器人一同作业

    早在2012 年12 月，德国著名汽车生产厂商宝马公司率先在其美国卡罗莱纳州斯帕坦堡市的汽车工厂采用协作机器人。它们将与人类员工共同完成对汽车车门的绝缘和防水处理工序。人类员工负责向车门喷洒胶水，与此同时，协作机器人灵活调整车门开合，让胶水喷洒到车门的正确位置。如果这道工序没有机器人的参与，人类员工要花费一到两小时来移动笨重的车门，倘若一味强行提高工作效率，工人的身体健康会受到极大损害。鉴于协作机器人在宝马公司的5 家工厂表现良好，宝马公司打算为协作机器人增加更多的工作种类，这意味着宝马公司会把当前常规机器人的各项技术移植到协作机器人身上。

    协作型机器人国产化率较低，甚至至今还未引起国内企业的足够重视。国务院总理李克强在今年的政府工作报告中提出，要实施“中国制造2025”，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国的步伐。在坚持“以人为本”的思想发展机器人产业的进程中，协作机器人将占据极其重要的战略地位。

协作型机器人的主要产品和行业规范

    协同作业机器人领域竞争者颇多——从iRobot 公司的Baxter 类人多用途机器人到安川Motoman 高速高精度机器人，再到性能指标位于两者之间的丹麦Universal Robots 六轴机器手优傲UR10。各路英豪似乎即将上演精彩纷呈的诸神之战。

    ◆ 丹麦Universal Robots 的优傲（UR）系列机器人

图3 UR10 机器人

    其中尺寸最大的UR10 机器人可处理高达10kg 的负载自动化作业， 延伸半径达1300mm。其特点在于其基于平板电脑、简洁易用的用户界面和示教系统，以及机器人本体安装的便捷性。