協(xié)作機(jī)器人：將機(jī)器肌肉與人類靈巧性相結(jié)合

當(dāng)人們第一次想象機(jī)器人時(shí)，他們想象的是機(jī)器人，它們看起來和動作都像人類，并且通過承擔(dān)日常繁瑣的工作來為凡人的主人服務(wù)。

例如，捷克作家 Karel ?apek（因從斯拉夫語詞根“robota”中創(chuàng)造出“機(jī)器人”一詞而聞名，意思是強(qiáng)迫勞動者）描繪了模仿人類并樂于在房子和花園周圍奴役地做家務(wù)的機(jī)器人，在至少在一開始（后來在查佩克 1921 年的戲劇《Rossumovi Univerzální Roboti》（羅森的萬能機(jī)器人）中，事情變得很糟糕）。

但直到現(xiàn)在，擬人化的“服務(wù)”機(jī)器人才開始發(fā)揮查佩克所設(shè)想的潛力。計(jì)算能力、人工智能 (AI) 和機(jī)電學(xué)的最新進(jìn)展已在應(yīng)用中引入了商業(yè)服務(wù)機(jī)器人（例如，幫助發(fā)達(dá)國家的老齡化人口）。

工業(yè)（機(jī)器人）革命

在服務(wù)機(jī)器人出現(xiàn)之前，機(jī)器人技術(shù)的重大革命是由工業(yè)推動的。一旦電子產(chǎn)品和軟件成熟到足以使技術(shù)變得實(shí)用且便宜，機(jī)器人就會在 20 世紀(jì) 70 年代被引入裝配線，以研磨和拋光管接頭、焊接汽車、給冰箱上漆或組裝家具。在這些重復(fù)、精確、無差錯操作必不可少的大批量應(yīng)用中，機(jī)器人將人類牢牢地置于陰影之下。制造商采用了一種不需要舒適休息、病假、加薪或工會代表的技術(shù)。雖然工業(yè)機(jī)器人并不便宜，但它們確實(shí)提供了證明初始資本投資合理所需的多年可靠服務(wù)。

今天的工業(yè)機(jī)器人與科幻小說中的金屬人相去甚遠(yuǎn)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 將工業(yè)機(jī)器人定義為“一種自動控制、可重新編程、多用途機(jī)械手，可在三個(gè)或更多軸上進(jìn)行編程，可以固定在原地或移動，用于工業(yè)自動化應(yīng)用?！?換句話說，工業(yè)機(jī)器人是一種強(qiáng)大的巨型手臂，可以在工廠的家中使用，并且可以在大型操作范圍內(nèi)移動到需要快速、重復(fù)和精確地完成工作的地方。

工人和機(jī)器合作

但人類仍然在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用。他們在耐力、速度和精確度方面的不足，在靈活性、靈活性和解決問題的能力方面得到了彌補(bǔ)。在世界許多地方，他們的勞動力很便宜。這使得人們非常適合挑剔的組裝，因?yàn)?a target="_blank">產(chǎn)品組合經(jīng)常變化并且需要廣泛的技能。

在機(jī)器人領(lǐng)域和人類領(lǐng)域之間存在一個(gè)區(qū)域，兩者的才能可以顯著提高制造生產(chǎn)力。該區(qū)的特點(diǎn)是產(chǎn)量相對較低，產(chǎn)品價(jià)值相對較高。通過自動化零件的拾取、提升和獲取以及裝配過程中重復(fù)的常規(guī)元素，引入機(jī)器人將大大提高生產(chǎn)率。

這不是汽車裝配線的金屬怪物的工作。一方面，它們的購買和運(yùn)行成本太高，更重要的是，它們對人類來說就像頂級掠食者一樣危險(xiǎn)。讓工人與工業(yè)機(jī)器人一起工作就像用動物園里的獅子來騎孩子一樣——這是一場即將發(fā)生的災(zāi)難。

這就是為什么新型“友好”機(jī)器人正在填補(bǔ)這個(gè)空缺。這些機(jī)器被稱為協(xié)作機(jī)器人（或簡稱為“cobots”），重量輕、與人規(guī)模相當(dāng)、價(jià)格低廉，并且對同事有同理心。

協(xié)作機(jī)器人設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)協(xié)作機(jī)器人很棘手：挑戰(zhàn)不在于讓它們執(zhí)行各種流水線任務(wù)——這相當(dāng)簡單——但更多的是確保工人不會受傷。工程師必須將強(qiáng)度、速度和可重復(fù)性等操作參數(shù)與運(yùn)動傳感器、力限制器和流線型設(shè)計(jì)（以消除夾點(diǎn)等問題）等安全元素結(jié)合起來。內(nèi)置傳感器相對簡單使協(xié)作機(jī)器人完全停止，如果人類工人進(jìn)入操作范圍，但在某些情況下，人和機(jī)器人必須相互作用——要求協(xié)作機(jī)器人的關(guān)節(jié)有一定程度的松弛度，這樣它就不會撞到骨肉太硬。今天的工業(yè)機(jī)器人具有按照高規(guī)格制造的關(guān)節(jié)，可以精確地消除松弛，因?yàn)樗沙跁绊憸?zhǔn)確性；在放寬公差的同時(shí)保持這種精度需要新的設(shè)計(jì)技術(shù)。

這只是硬件。工業(yè)機(jī)器人需要經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員對其進(jìn)行編程。當(dāng)一臺機(jī)器需要非常少的更新來應(yīng)對新的車身時(shí)，這并不是什么大不了的事情，在花費(fèi)了數(shù)年的時(shí)間將以前的類型焊接在一起之后。相比之下，協(xié)作機(jī)器人需要很容易被人類同事“編程”，以應(yīng)對新產(chǎn)品的頻繁推出。編程操作應(yīng)該盡可能簡單，例如，在機(jī)器“學(xué)習(xí)”運(yùn)動順序的同時(shí)，手動引導(dǎo)機(jī)器人的手臂完成涂膠操作。但支持這種簡單編程的潛在復(fù)雜性尚未完全開發(fā)。

設(shè)計(jì)協(xié)作機(jī)器人是一門新生學(xué)科，因此，幾乎沒有可借鑒的指導(dǎo)。協(xié)作機(jī)器人的國際安全標(biāo)準(zhǔn)與首批工作場所模型的推出同時(shí)進(jìn)行。ISO 10218 標(biāo)準(zhǔn)為協(xié)作機(jī)器人提供了一些具體指南，而 ISO 15066 則概述了協(xié)作操作的一些規(guī)則。ISO 技術(shù)委員會 (TC) 184/SC 2（針對機(jī)器人和機(jī)器人設(shè)備）目前正在起草的技術(shù)規(guī)范 (TS) 是一份比國際標(biāo)準(zhǔn)低一級的文件，有望為機(jī)器人和機(jī)器人設(shè)備的知識體系增添更多內(nèi)容協(xié)作機(jī)器人設(shè)計(jì)。

這個(gè)信息不會太快到來。協(xié)作機(jī)器人市場將在資本貨物中占據(jù)巨大份額——正如巴克萊銀行（一家總部位于英國的銀行）的分析師估計(jì)，到 2025 年，該細(xì)分市場可能會從 2015 年的 1.16 億美元增長到 115 億美元。這大致相當(dāng)于當(dāng)今整個(gè)工業(yè)機(jī)器人市場。

審核編輯黃昊宇