手握:更安全、更协作的机器人在制造业崛起

正如吉姆•劳顿(Jim Lawton)所说，他的公司生产的Baxter机器人的到来常常让人感到不安。公司首席产品和营销官劳顿承认:“人们确实有一定程度的忧虑重新考虑机器人．工厂工人看着巴克斯特从木箱里出来，似乎在想:它会伤害我吗?它会抢走我的工作吗?“这是人们最担心的两件事。”

这是一个合理的担忧。直到最近，机器人都倾向于与人类同事保持距离，通常被安全地关在笼子里，在笼子里，强大的机械臂在不适当的时候移动，对相对弱小的肉体不会造成伤害。

但随着机器视觉、处理能力和抓手的进步降低了总拥有成本，同时使机器人更安全，更能与人类一起工作，这种情况正在发生变化。正如劳顿的观察所表明的那样，在某些情况下，机器人适应人类工作空间的速度比某些人类容易跟上的速度还要快。

事实上，说工业机器人正处于一场革命之中可能并不过分。根据机器人工业协会(RIA)2014年是美国工业机器人在北美市场表现最好的一年，共出货27685台工业机器人，总价值16亿美元。这种推动在很大程度上是由技术进步推动的，这些进步为机器人打开了比以往任何时候都更广泛的工作场所之门。

Richard Vaughn，自动化工程主管博世力士乐他说，在他在公司工作的23年里，仅在过去的5年里，这个行业就发生了重大变化。他说，更多行业的小公司现在能够利用机器人技术。

即插即用功能

沃恩说，推动这一趋势的一个发展是更多功能的软件。“我们有一款名为Open Core Engineering的产品，可以让客户通过LabView等软件访问我们的控制核心，LabView是实验室自动化领域常用的软件。”

这种灵活性允许公司将机器人直接插入他们已经在设施中运行的流程中——例如，支持labview的数据收集应用程序。因此，像在生命科学实验室进行血液测试这样的过程，现在机器人可以比护士更快速、更安全地完成。但是，与一些人的担忧相反，“它并没有消除护士的工作，”沃恩在谈到他帮助在一个实验室安装的自动化时说道。“但它承担了一项高度危险的任务，并将其自动化。”

生命科学实验室并不是唯一一个新向自动化开放的行业。数学计算软件开发商的机器人产品营销和行业经理张彦良表示:“工业机器人正在进入规模较小的工厂，这些工厂的标准更多是批量定制产品，而不是大规模生产。MathWorks．

这意味着，尽管汽车行业仍然是机器人技术增长的主要推动力，但机器人在许多其他领域也正在取得进展。根据RIA的数据，2014年汽车行业的机器人订单比前一年增长了45%，塑料和橡胶制造业的机器人使用增长了25%，半导体和电子行业增长了21%，金属行业增长了16%。由机器人完成的任务包括焊接、组装和材料搬运。

更安全的机器

随着机器人部署地点的更大灵活性，软件的进步和运行软件的处理能力也带来了推动机器人在制造业发展的另一个重要因素:安全性的提高。现在，通过在设备上直接由机器人电机的驾驶员发出紧急命令，就可以停止机器人的运动以防止事故发生，而不必由处理机器人编程的中央处理器来处理。沃恩解释说:“这是机上安全系统，所以它是伺服电机伺服驱动的一部分。

停车可能是由附近的人意外碰撞这样简单的事情触发的。在这种情况下，机载处理器可以记录下与机械臂遇到障碍物对应的电机扭矩峰值。福特汽车技术与支持经理尼克•亨特(Nick Hunt)表示:“我们确切地知道，在特定的动作中，将使用多少电流，这与扭矩直接相关。ABB机器人．“如果我们看到扭矩不是我们计算的，我们知道我们的计算非常非常准确，那么我们就会关闭。”亨特所说的“我们”指的是驱动机器人的软件，而不是操作员，因为操作员不需要执行停止命令。

通过机器视觉系统和可编程安全技术，机器人还可以在碰撞发生前对拦截路线上的人类做出反应，从而提高安全性。“就拿机器人穿过工厂或自动化仓库为例，”微软系统工程集团经理加里·柯克夫(Gary Kirckof)解释道Beckhoff自动化．“如果一个人走在机器人前面，他们必须察觉到并停下来。”

正如柯克夫的例子所表明的那样，安全特性使操作者能够将他们的工业机器人完全从历史上长期限制它们的牢笼中释放出来。制造业向更小批量定制产品的转变也推动了这一趋势。“在这种低数量的生产环境中，”张说，“有更多的人力投入，需要人类工人和工业机器人合作。”

机器人的同事

从笼子里钻出来的是一种新型机器人，就像Rethink Robotics公司生产的那些机器人一样。像Rethink的Baxter这样的协作机器人，可以调整到与人类同事一样高，重量也差不多，被设计成与工厂工人一起工作。

Baxter和它的新兄弟Sawyer是目前最著名的协作机器人，但其他机器人制造商也在加入这个游戏。ABB机器人公司于今年4月发布了新型YuMi机器人，该机器人具有柔韧的皮肤，其电机不能产生足够的扭矩来造成严重伤害，从而保证了人类同事的安全。亨特说:“它在两个方面符合你的要求。“第一，它的表面会顺应;它会压缩。此外，它的发动机也将符合要求;他们会停下来的。”

除了在意外碰撞时“屈服”的弹簧负载关节外，百特还通过头部显示器上的一对图形眼睛来传达其意图，帮助保护周围工人的安全。除了让工作人员知道什么时候应该让开，机器人友好的大眼睛还有另一个功能:让人们放松。劳顿说，一旦新到的百特电脑插上电源，它的“眼睛”就会亮起来，他可以看到周围的工人明显地放松下来。

编程协作机器人也变得更加人性化。引导式编程允许人类工作者简单地通过适当的路径移动机器人的手臂来“演示”机器人要做什么，而不需要编码。“我们最早做的事情之一就是向人们展示机器人是如何工作的，”劳顿说，他谈到了巴克斯特的开箱。劳顿亲自操作了机器人之后，让一名工人上前试一试。“当你抓住手臂时，脸会看着你抓住的手臂，”劳顿说。“这立即开始让很多观看这个练习的人放心，因为这个人没有受伤。他们在控制，而不是机器人。”

机器人编程的另一个关键进步是越来越强大的仿真工具的使用。“为了验证决策算法的鲁棒性，工程师们经常在模拟环境中广泛测试算法，”张说。像MathWorks Robotics System Toolbox这样的软件包使工程师能够为他们的机器人开发决策算法，并与仿真工具进行交互。“这种结合有助于机器人研究人员和工程师在单一的集成模拟环境中工作，以设计、测试和部署机器人算法。”

人的因素

所有这些都将导致更智能、更快、更经济的机器人出现，它们可以在更广泛的行业和流程中与人类并肩工作。行业专家表示，这些机器非但没有让人类失业，反而帮助创造了更多更好的就业机会，因为它们将制造业搬回了美国，并允许规模较小的企业扩张。事实上，RIA的公关总监Bob Doyle说:“我们行业最大的问题是我们找不到足够的人来做这些工作。”

如今有这么多选择，另一个挑战是知道从哪里开始自动化。博世力士乐的沃恩建议寻求自动化或扩展现有流程的制造商首先明确定义他们面临的挑战。“你们的流程中已经存在哪些问题?”他问他的客户。“是质量问题吗?这是计数问题吗，你把错误的计数发给了客户?”他说，选择正确的系统应该更容易。例如，定义要解决的问题将揭示完全自动化的系统是最佳选择，还是设计为与人类工作者协作的系统。

尽管越来越多的业务采用了机器人技术，但在这些业务中工作的人也越来越多——有时真的是这样。“这很吸引人，”Rethink的劳顿谈到工厂工人第一次见到他公司的机器人时说。在机器的脸活了之后，在劳顿和一名工厂工人与机器人互动之后，其他工人往往会失去警惕，开始围拢过来。

“人们被机器人所吸引，”劳顿说。在机器开始工作后，“我们让人们拥抱机器人。我们已经让人给机器人命名了。我们让人给机器人戴上帽子和衣服。”

虽然这当然不是在更多的工作场所采用机器人的必要条件，但很明显，更安全、更通用、更友好的机器人只会继续扩大它们在制造业中的作用。