機(jī)器人：“工廠殺手”還是“靠譜朋友”？
機(jī)器人“殺人”了……
就在前幾天，德國(guó)大眾汽車(chē)公司一所工廠發(fā)生一起悲劇，一名技術(shù)員被機(jī)器人“殺死”了。這起事故發(fā)生于距法蘭克福約100公里的包納塔爾工廠，遇難技術(shù)員是大眾承包商，當(dāng)時(shí)他與一名同事合作安置機(jī)器人，但被機(jī)器人擊中胸部，并被抓起、重重摔在一塊金屬板上，最終因傷重不治身亡。
腦補(bǔ)畫(huà)面，網(wǎng)友著實(shí)捏把汗，小編心也顫一顫……
機(jī)器人不是“終結(jié)者”
與小編一樣，許多網(wǎng)友因這件事不約而同想到了好萊塢系列科幻影片《終結(jié)者》：影片中，人類(lèi)研制的高級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)“天網(wǎng)”失控，機(jī)器人擁有自我意志后，開(kāi)始與人類(lèi)為敵，屠殺人類(lèi)。
第一部《終結(jié)者》在1984年上映。而人類(lèi)對(duì)機(jī)器人的擔(dān)憂卻比這更早， 早在上世紀(jì)70年代就發(fā)生過(guò)自動(dòng)化組裝生產(chǎn)線的事故，而第一起記錄在案的機(jī)器人致人死亡事件，發(fā)生在1979年的福特(Ford)美國(guó)工廠。自那以來(lái)，機(jī)器人致死事件每年都會(huì)發(fā)生，或許在所有致人死亡的工業(yè)事故中所占比例不大，但也引起人們的恐慌。
但是將機(jī)器人稱為“終結(jié)者”，多慮了。此次被大家稱為“兇手”的機(jī)器人屬于重型機(jī)器人，重型機(jī)器人通常被放置在安全籠后面，防止其與人類(lèi)意外接觸，在這起事件中，遇難技術(shù)員事發(fā)時(shí)正站在安全籠內(nèi)。再說(shuō)到重型機(jī)器人，將它定義其為一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手似乎更合適些，因?yàn)樵摍C(jī)器設(shè)備依賴于特定編程程序指令的控制，而非智能控制。所以在此事件中，更大的可能性是技術(shù)員在安裝調(diào)試過(guò)程中，意外觸碰或啟動(dòng)了某些工作程序，致使機(jī)器人在指令的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)出一些動(dòng)作，而這些動(dòng)作恰巧又撞到并勾起正在范圍內(nèi)工作的技術(shù)人員，由此對(duì)其造成了致命的傷害。
員工可靠的好幫手
當(dāng)今機(jī)器人應(yīng)用飛速發(fā)展，無(wú)非是解決生產(chǎn)中的三個(gè)問(wèn)題：人干不了（針對(duì)于特種機(jī)器人），人干不好（針對(duì)汽車(chē)等高端領(lǐng)域），人不想干（針對(duì)國(guó)內(nèi)一般制造業(yè)），現(xiàn)在基本已到了“人不想干”的階段，需要用到大量的機(jī)器人。事實(shí)上，機(jī)器人不但不是“工廠殺手”，還很可能降低了工廠中的整體死亡率，原因是假如由人力來(lái)做機(jī)器人所做的工作，本會(huì)有更多的人在一系列工業(yè)事故中喪生，機(jī)器人可將員工從單調(diào)的重復(fù)性工作中解放出來(lái)，從事更具技術(shù)性的工作，這樣，工人或許還省得下現(xiàn)場(chǎng)了，離工廠的危險(xiǎn)源也就更遠(yuǎn)一步。
“機(jī)器人殺人事件”再次敲響了人們對(duì)于機(jī)器人安全問(wèn)題的警鐘。人為操作因素姑且不論，就談機(jī)器人安全，Asimov的科幻小說(shuō)《機(jī)器人》中有三條重要的規(guī)則：機(jī)器人不能主動(dòng)傷害人、必須遵循人的指令以及必須保護(hù)其自身不受傷害。之前，我們對(duì)于機(jī)器安全問(wèn)題比較忽略，因?yàn)榘踩到y(tǒng)看上去是巨大且長(zhǎng)久的投資，短期之內(nèi)也許得不到太具體的效益，但從效率、生產(chǎn)線、政策法規(guī)及企業(yè)對(duì)員工的責(zé)任四大方面來(lái)說(shuō)，機(jī)器人上所設(shè)置的安全系統(tǒng)及安全功能是不可或缺的。
在機(jī)器人的安全性上，最大的挑戰(zhàn)莫過(guò)于構(gòu)建控制系統(tǒng)，對(duì)人員和機(jī)器人進(jìn)行完整的實(shí)時(shí)性監(jiān)控，確保能夠造成人員傷害的事故不會(huì)發(fā)生。而近年來(lái)，各大自動(dòng)化廠商的盟主們也紛紛在操作控制及設(shè)備的安全上發(fā)力，讓自己的機(jī)器人變得更加可靠。
貝加萊SLS@TCP功能塊及可視化的openSAFETY應(yīng)用開(kāi)發(fā)
舉例而言，早在2010年，貝加萊就開(kāi)發(fā)了SLS@TCP功能模塊來(lái)解決機(jī)器人關(guān)節(jié)的速度限制問(wèn)題，并針對(duì)機(jī)器人工具中心點(diǎn)（TCP）的速度限制，在減速運(yùn)行、示教及維護(hù)上來(lái)保障設(shè)備及人身的安全。如今，貝加萊將機(jī)器人安全控制的功能進(jìn)行延伸，當(dāng)用戶登陸“SafeDESIGNER”，就可針對(duì)SafeRC SLS、SafeRC SLP和SafeRCSLO等模塊進(jìn)行安全性檢測(cè)；除此之外，集成安全功能的ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)提供安全軸定位，除了監(jiān)測(cè)TCP速度和串聯(lián)機(jī)器人所有關(guān)節(jié)速度（即SLS），也可用來(lái)監(jiān)測(cè)SLP和工具安裝法蘭定位。也就是說(shuō)，當(dāng)你已知機(jī)器人定位，就可以計(jì)算出所有關(guān)節(jié)、工具安裝法蘭、TCP坐標(biāo)位置和附加監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)位置。
匯川機(jī)器人安全系統(tǒng)三大優(yōu)勢(shì)
國(guó)內(nèi)廠商來(lái)說(shuō)，匯川技術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品針對(duì)機(jī)器人安全系統(tǒng)設(shè)立三大功能：自主碰撞檢測(cè)——基于自動(dòng)學(xué)習(xí)功能，在線監(jiān)測(cè)與診斷重復(fù)軌跡是否發(fā)生碰撞；基于動(dòng)力學(xué)模型控制，主動(dòng)預(yù)估非重復(fù)軌跡是否發(fā)生碰撞；同時(shí)可實(shí)現(xiàn)在機(jī)器人故障、撞擊情況下的力矩及速度限制，最終實(shí)現(xiàn)安全停機(jī)。安全區(qū)域和障礙物自動(dòng)規(guī)避——用戶可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)定不同等級(jí)的安全區(qū)域，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入設(shè)定的區(qū)域后機(jī)器人控制系統(tǒng)將會(huì)有相應(yīng)的安全防護(hù)措施。根據(jù)仿真軟件實(shí)現(xiàn)將設(shè)備周邊的障礙物設(shè)計(jì)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)區(qū)域，同時(shí)識(shí)別和提取非工作區(qū)和路徑的特征。當(dāng)機(jī)器人因故障、撞擊等原因停機(jī)之后，可在安全速度、安全力矩等條件下重新啟動(dòng)機(jī)器人并安全地回歸原點(diǎn)；可靈活配置的安全接口——配備多種接口并可根據(jù)配置的安全接口信號(hào)反饋?zhàn)龀鱿鄳?yīng)的安全防護(hù)措施。
康耐視公司In-Sight®視覺(jué)系統(tǒng)
除了整個(gè)的控制系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)和優(yōu)化，在設(shè)備的安全性上，企業(yè)也大有作為。比如，康耐視公司著名的In-Sight®視覺(jué)系統(tǒng)中配備了“TestRun”的功能，TestRun可以幫助員工確認(rèn)“邊界線”檢查，優(yōu)化產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。VisionView操作員界面用于在工廠車(chē)間執(zhí)行TestRun，如果存在可能會(huì)對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)的運(yùn)行造成不利影響的情況，TestRun將提醒操作員，盡可能避免不良結(jié)果。如果操作員修改程序，TestRun將確保這些修改不會(huì)對(duì)其它任何程序造成影響，并在新的項(xiàng)目或程序部署后，為日志文件提供可以確認(rèn)的和文件記錄的測(cè)試信息，這些信息可以確認(rèn)系統(tǒng)性能。再比如，Rethink公司的獨(dú)有專(zhuān)利——串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器（SEA）成功應(yīng)用于Baxter機(jī)器人中，SEA包括一臺(tái)電機(jī)、齒輪箱以及彈簧，對(duì)于SEA而言，彈簧壓縮量就相當(dāng)于力傳感器，SEA通過(guò)彈簧的壓縮量來(lái)控制力的輸出，相比于彈性驅(qū)動(dòng)，Rethink認(rèn)為剛性驅(qū)動(dòng)更符合安全要求，就像被彈簧彈中和被硬物擊中的差別一樣。
與cobot安全的“親密接觸”
就拿出事兒的大眾汽車(chē)所在的汽車(chē)工業(yè)來(lái)說(shuō)，它是當(dāng)前機(jī)器人應(yīng)用最為密集的產(chǎn)業(yè)，除了重型機(jī)器人之外，被稱為“工作場(chǎng)所助理機(jī)器人”的“協(xié)作機(jī)器人（collaborativerobot，又稱cobot）”在汽車(chē)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。目前，有些汽車(chē)制造商已經(jīng)開(kāi)始把cobot投入生產(chǎn)線與工人一起工作， cobot沒(méi)有配備安全籠,不過(guò)可以在制造時(shí)限制它們的力量和速度，這些機(jī)器人還裝有傳感器,能夠探測(cè)人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)。按照有些機(jī)器人的設(shè)計(jì)，它們?cè)诎l(fā)現(xiàn)有人過(guò)于靠近時(shí)就會(huì)停止工作。從設(shè)計(jì)上說(shuō)，這種機(jī)器人是不在籠子里而是在人們身邊工作的。這種機(jī)器人擁有傳感器及其他安防措施，能夠限制它們的力氣并防止它們橫沖直撞。
對(duì)于一些生產(chǎn)而言，由于機(jī)器人被關(guān)在鐵籠子里，這使得很多復(fù)雜的并且需要人與人之間配合的工作無(wú)法進(jìn)行。而人機(jī)協(xié)作機(jī)器人則客服了曾經(jīng)的弊端，將無(wú)防護(hù)的機(jī)器人從牢籠中解放出來(lái)。它們能使自動(dòng)化生產(chǎn)更加貼近于小型和中型產(chǎn)品，生產(chǎn)廠商可根據(jù)不同的產(chǎn)品尺寸靈活地選擇自動(dòng)化解決方案。但是cobot在生產(chǎn)線上與人“親密接觸”，那么，與之協(xié)同工作人員的安全應(yīng)該如何保障？
2013年5月，美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)（RIA）宣布最新的機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)通過(guò)美國(guó)國(guó)界標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）的認(rèn)可，此標(biāo)準(zhǔn)為cobot提出了四項(xiàng)要求：具有安全等級(jí)的受控制動(dòng)、手控、速度和間距監(jiān)控及限制功率和力。通俗點(diǎn)講，就是在速度和間距監(jiān)控模式下，當(dāng)人員靠近機(jī)器人，機(jī)器人的運(yùn)行速度將會(huì)減慢，甚至當(dāng)人員與機(jī)器人的距離過(guò)于相近時(shí)，cobot就會(huì)停止工作并選擇其它的運(yùn)行路徑。在受制功率和受限力的模式下，如果人類(lèi)的身體和cobot發(fā)生了明顯的接觸，那么必須確保接觸力足夠的小才可以。
安川電機(jī)Motoman雙臂機(jī)器人
具有代表性的是安川電機(jī)的Motoman雙臂機(jī)器人，它采用了具有安全等級(jí)的受控制動(dòng)。在某些情況下，他們也對(duì)速度和間隔距離進(jìn)行監(jiān)控。與其它協(xié)同機(jī)器人不同，Motoman系統(tǒng)的速度和功率與傳統(tǒng)機(jī)器人類(lèi)似，他的設(shè)計(jì)基于獨(dú)立性作業(yè)場(chǎng)合，但是在配備了安全性之后，它也可用于協(xié)同作業(yè)場(chǎng)合。Motoman的功能安全選配單元上采用了具有安全等級(jí)的受控制動(dòng)組件，候著位于機(jī)器人的控制器上，外部安全激光傳感器可以發(fā)現(xiàn)人員是否進(jìn)入機(jī)器人作業(yè)區(qū)域，并通知機(jī)器人手臂減速或者停止。
Universal Robots UR系列機(jī)器人在生產(chǎn)線上工作
UniversalRobots 的UR系列機(jī)器人的重量只有18kg，利用其專(zhuān)利傳感技術(shù)幫助其實(shí)現(xiàn)功率和力的限制功能，在機(jī)器的每一個(gè)位置配置冗余編碼器，通過(guò)電流和位置數(shù)據(jù)，就能夠推算出力，機(jī)器人知道它使用多少牛頓的力足以負(fù)載或者移動(dòng)物體，當(dāng)發(fā)現(xiàn)李菊過(guò)高時(shí)，機(jī)器人手臂就會(huì)安全關(guān)閉避免發(fā)生事故。
ABB YuMi雙臂協(xié)作機(jī)器人
不得不提的是ABB YuMi雙臂協(xié)作機(jī)器人。憑借人性化安全設(shè)計(jì)，YuMi能夠與人類(lèi)進(jìn)行近距離協(xié)作。它擁有一付輕量化的剛性鎂鋁合金骨架以及被軟性材料包裹的塑料外殼，能夠很好地吸收對(duì)外部的沖擊。當(dāng)YuMi感知到一個(gè)突然沖擊，比如與人類(lèi)同事相碰撞時(shí)，它能夠在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)暫停運(yùn)動(dòng)，并且很輕松就可以再次恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，如同在遙控器上按下播放鍵一樣簡(jiǎn)單。此外，YuMi的關(guān)節(jié)處沒(méi)有任何夾緊點(diǎn)，在關(guān)節(jié)開(kāi)合過(guò)程中，不會(huì)對(duì)人體任何敏感部位造成傷害。
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