協(xié)作機(jī)器人，即指被設(shè)計(jì)成可以在協(xié)作區(qū)域內(nèi)與人直接進(jìn)行交互的機(jī)器人。這就意味著，與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人相比，協(xié)作機(jī)器人不再需要安全圍欄，安全性高、簡(jiǎn)單易用、部署靈活，可在大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化與柔性生產(chǎn)之間靈活切換，這也正是協(xié)作機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值所在。
近年來(lái)，不少制造業(yè)企業(yè)開(kāi)始引入?yún)f(xié)作機(jī)器人，但理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)卻有些骨感。協(xié)作機(jī)器人由于部署在與人共同工作的協(xié)作空間(Collaborative Workspace)內(nèi)，因此衡量產(chǎn)品的第一指標(biāo)就是安全性。目前協(xié)作機(jī)器人都通過(guò)什么方法來(lái)保障安全?本文通過(guò)對(duì)市面上三種主要技術(shù)路線的分析，來(lái)評(píng)估其安全的程度與付出的代價(jià)。
協(xié)作空間示意圖
在早期版本的 ISO 10218-1 中明確指出，在可能與人發(fā)生安全事故的場(chǎng)景中，機(jī)器人的末端TCP速度不應(yīng)超過(guò)250mm/s，而協(xié)作機(jī)器人一般自身速度可達(dá)2m/s，要想達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，大部分協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品選擇了犧牲效率，即把工作效率降到20%以下，這對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)根本無(wú)法接受，成為制約其更大規(guī)模應(yīng)用的重要原因之一。
ISO 10218-1-2011
機(jī)器人有效質(zhì)量vs不同身體部位vs最大允許碰撞速度
來(lái)源：ISO/TS 15066 安全標(biāo)準(zhǔn)
協(xié)作機(jī)器人在效率與安全之間的矛盾成為了生產(chǎn)企業(yè)心中揮之不去的“陰影”，與采用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、降本增效的初衷背道而馳。于是，作為協(xié)作機(jī)器人安全性能的補(bǔ)充，市面上出現(xiàn)了協(xié)作機(jī)器人的安全配件產(chǎn)品，以期彌補(bǔ)這一“硬傷”。
解決方法主要有兩類(lèi)。一類(lèi)是在碰撞前感知，即在可能發(fā)生碰撞的時(shí)候讓機(jī)器人降低速度，主要方式包括安全光柵、安全地毯、視覺(jué)安全系統(tǒng)等，在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，一般是通過(guò)檢測(cè)入侵機(jī)器人工作區(qū)域的信號(hào)，提前讓機(jī)器人降速或停止。這種方法的好處是在沒(méi)有碰撞風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候，可以全速運(yùn)營(yíng)，保障效率。
人機(jī)隔離式工作環(huán)境
人機(jī)協(xié)作式工作環(huán)境
但是，這種方式應(yīng)用于人與機(jī)器協(xié)作的區(qū)域內(nèi)就會(huì)引發(fā)新問(wèn)題，需要應(yīng)對(duì)協(xié)同工作人員頻繁進(jìn)入工作區(qū)域的情況。如果每次都降速或暫停，原有工作流程會(huì)經(jīng)常性被迫中斷，整體效率同樣會(huì)大幅降低，還是犧牲了效率。
另一類(lèi)是碰撞后感知，即提高碰撞后感知的響應(yīng)速度，防止傷害的延續(xù)，通過(guò)包括關(guān)節(jié)力矩傳感器、末端力傳感器、安全底座等方式，提升協(xié)作機(jī)器人的力覺(jué)感知能力，增強(qiáng)機(jī)器人本身的碰撞感知靈敏度，從而更快、更準(zhǔn)確的對(duì)碰撞作出反應(yīng)，減少傷害的程度。
但是，根據(jù)動(dòng)量定理，我們都知道 “覆水難收”、“開(kāi)弓沒(méi)有回頭箭”，碰撞所產(chǎn)生的力的峰值發(fā)生在碰撞發(fā)生后的0.1s內(nèi)。對(duì)于大多數(shù)高速運(yùn)行的機(jī)器人系統(tǒng)，這種被動(dòng)式的響應(yīng)方式，無(wú)法阻止傷害的產(chǎn)生，很難起到降低損傷的目的，所以還是需要降低效率來(lái)保障安全。
想象中的碰撞急停
實(shí)際中的碰撞急停
效率與安全能否兼得
越疆科技推出的“安全皮膚”Dobot SafeSkin 解決了這個(gè)兩難問(wèn)題。
越疆科技推出的“安全皮膚”Dobot SafeSkin 解決了這個(gè)兩難問(wèn)題。這款產(chǎn)品專(zhuān)為協(xié)作機(jī)器人量身定制，不同于以上兩種碰撞檢測(cè)方案，越疆安全皮膚采用碰前預(yù)感知技術(shù)，它是一款穿戴式碰撞檢測(cè)產(chǎn)品，可完全包裹于機(jī)械臂之上，覆蓋面積大，任何一個(gè)角度的入侵都可以感知到，在保證高效生產(chǎn)的同時(shí)，最大化保障了人的安全，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作提供了更實(shí)用的安全解決方案。
Dobot SafeSkin
“安全皮膚”采用越疆科技自主研發(fā)的碰前預(yù)感知技術(shù)，無(wú)需提前預(yù)警降速，在即將發(fā)生碰撞時(shí)對(duì)機(jī)器人的行為迅速做出干預(yù)，避免傷害的發(fā)生，充分滿足了工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)高效率與高安全性的要求。
碰前預(yù)感知技術(shù)
實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，協(xié)作機(jī)器人在中低速運(yùn)動(dòng)情況下，越疆的安全皮膚可完全避免碰撞發(fā)生，在高速運(yùn)動(dòng)情況下，碰撞損傷降低90%，符合協(xié)作安全標(biāo)準(zhǔn)。
越疆科技“安全皮膚”具備以下六大特點(diǎn)：
遠(yuǎn)距感知：15cm 超長(zhǎng)感知距離，有效避免操作人員受到撞擊傷害。
快速響應(yīng)：10ms 內(nèi)快速判斷并作出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高靈敏度人機(jī)協(xié)作安全交互。屏蔽干擾：通過(guò)屏蔽技術(shù)抵抗工作現(xiàn)場(chǎng)的干擾源信號(hào)，確保機(jī)器人穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)境。感應(yīng)力強(qiáng)：感應(yīng)能力不受布料、塑膠手套等遮蔽物及光源條件影響，保障安全。即裝即用：操作簡(jiǎn)便，可快速完成安裝，即裝即用。性能保障：在使用過(guò)程中，幾乎不會(huì)造成機(jī)器人的性能損失，確保高效生產(chǎn)。
越疆科技的“安全皮膚”，為協(xié)作機(jī)器人的大規(guī)模采用，以及更深度的人機(jī)協(xié)作提供了可能。“安全皮膚”即裝即用的特點(diǎn)降低了使用門(mén)檻，無(wú)論從更替、維護(hù)、成本等方面，都具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，充分滿足了效率與安全兩大需求，“安全皮膚”的研發(fā)與應(yīng)用也為協(xié)作機(jī)器人進(jìn)入更多場(chǎng)景的應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)。
（轉(zhuǎn)載）
