本文图片来源：国际机器人联合会（IFR）
工业协作机器人（Cobot）通常是指具备功率与力度限制功能的机器人，可在与人类并肩作业时保障工人的安全。与传统工业机器人必须被隔离在围栏或防护罩后方不同，协作应用强调人机共享同一工作空间。
国际标准化组织（ISO）并未单独为协作机器人下定义，而是针对“协作操作”作出规范。在ISO 10218-1和ISO 10218-2标准中，对于此类操作的安全要求有详细描述，同时ISO/TS 15066标准还提供了协作机器人应用的附加指南。
国际机器人联合会（IFR）认为用于协作的机器人可分为两种类型。第一类是符合国际标准化组织ISO 10218-1标准的协作机器人。该标准规定了工业机器人固有安全设计、防护措施以及使用信息方面的要求和指南。第二类则涵盖设计用于协作使用但不符合 ISO 10218-1 要求的机器人。这类机器人遵循不同的安全标准，例如国家标准或企业内部标准等。
人机协作的四个等级
IFR进一步将工业机器人与人类协作划分为四个等级，具体如下：
· 共存：人类和机器人在没有物理隔离栏的情况下并肩工作，但二者并无共享的工作空间。
· 顺序协作：人类和机器人处于同一共享工作空间内，但它们的动作是依次进行的，不会同时对同一个部件进行操作。
· 合作：机器人和人类同时对同一个部件进行操作，并且二者都处于运动状态。
· 响应式协作：机器人能够实时响应人类的动作。
目前大量所谓协作机器人应用其实并非真正的人机协作。最常见的是共享工作区应用：机器人与员工并排工作，任务各自独立或按顺序完成任务。协作机器人负责承担那些繁重或重复性的工作——从搬运重物到拧紧螺钉。
当前，相当一部分协作机器人应用其实并未用于人机协作。最常见的协作机器人应用场景是共享工作空间应用，在这种场景下，机器人与员工并肩工作，独立或依次完成任务。它们所承担的工作要么单调乏味，要么不符合人体工程学要求，比如搬运重物、拧螺丝这类重复性任务。
专家预测，在未来五年内，协作机器人与人类员工真正意义上的合作——即机器人与员工同时且都在运动状态下协同工作——将变得司空见惯。而协作机器人能实时响应工人动作的应用实例，预计在十年后才会大规模出现，因为这是在协作等级中技术难度最高的一级。
与传统工业机器人相比，协作机器人的部署通常需要进行一些权衡，因为它们的设计和目的是安全地与人类一起工作。例如，协作机器人目前不适用于需要高有效载荷和高速的过程。然而，他们正在许多不需要直接人机交互的设置中找到应用价值。在这种情况下，传统的工业机器人可以成为替代方案。
不过，协作机器人具备额外的安全功能和易用性优势，这在许多工业应用场景中十分有用。得益于协作机器人的易用性，制造业是较早采用协作机器人技术的行业，通常集中在小批量、多品种生产领域。
协作机器人在工业应用中的价值
成熟技术工人的短缺，将进一步加速自动化解决方案的推进。目前，针对协作机器人正在开发新的应用以拓展其潜在应用领域，涵盖从简单的物料搬运、焊接，到喷漆、点胶以及装配等工作。
协作机器人制造商正在研发机器学习系统，使其具备“学习”功能。这种模块化技术和学习方法，有望进一步拓展协作机器人在无人值守时的工作能力。未来，新型传感器、视觉技术以及人工智能（AI）将使机器人能够实时响应环境变化，从而与人类工人安全、高效地协同工作。
与一般的工业机器人一样， 协作机器人能够凭借高精度、高准确性和高重复性执行任务，从而帮助提高生产率、产品质量和一致性。与人类工人相比，协作机器人出现错误或偏差的可能性更小，这有助于减少产品缺陷，提高客户满意度。此外，协作机器人还可用于实现生产线部分环节的自动化，对生产线其他环节的改动极小。
对于一些公司而言，易于编程的协作机器人为其提供了一种经济可行的机器人自动化切入点。尚未实现生产过程自动化的公司，可以尝试从低门槛的协作机器人开始。协作机器人能够与人类并肩工作，提升整体的工作效率。它们使人类能够共同完成那些难以实现完全自动化的复杂任务。例如，机器人可以承担重复性任务或繁重的搬运工作，让员工能够专注于更复杂或更具创造性的任务。
然而，需要注意的是，安全的协作机器人并不能保证实际应用中的安全。即便协作机器人运行速度很慢，但如果它手持锋利的工具作业，依然存在安全隐患。用户必须按照ISO 10218 - 2标准以及工作场所健康和安全要求，对预期应用进行风险评估。该风险评估需涵盖整个应用场景，包括机器人、末端执行器、工具、工件、其它机器以及工作场所中的设备和组件。
尽管传统工业机器人和协作机器人用途各异，但在特定应用场景下，它们有时可互为替代方案。对于那些产量需求高且几乎无需人工干预的任务，传统工业机器人是可以考虑的替代方案。当过程需要人工介入时，有多种方式为工业机器人配备安全装置。
这些方式包括在传统机器人上使用类似皮肤的触觉传感器等专用传感器、为操作臂配备力反馈控制装置、运用激光或雷达扫描仪、设置紧急停止按钮以及安装物理屏障。在上述每种情况下，机器人都能正常进行高速运转，直至人类进入安全区域触发相应机制。
当前，协作机器人在工业领域主要被应用在以下几个方面：
· 拾取-放置操作：凭借高精度和高速度，协作机器人能够高效地将物体从一个位置移至另一个位置。
· 包装过程：协作机器人可自动完成产品包装、装箱、贴标和码垛等任务。它们灵活多变，能够处理多种包装材料和形状。
· 装配过程和设备看护任务：协作机器人可协助将零部件装入或取出CNC机床、注塑机或其它自动化设备。
· 质量检测与测试任务：协作机器人能够以高精度和高重复性，来执行视觉检测、尺寸测量以及缺陷检测等工作。
未来趋势与驱动因素
在协作机器人能力的实现与提升方面，物联网（IoT）和云计算等数字技术起着关键作用。协作机器人正越来越多地配备先进传感技术，如3D视觉系统、深度摄像头和激光雷达（LiDAR）传感器。这些传感器使协作机器人能够感知并理解其周边环境，从而可以更智能、更安全地与物体和人类进行交互。
AI和机器学习技术的应用趋势持续上升。协作机器人制造商正在开发由生成式AI驱动的界面，用户通过自然语言而非代码，就能更直观地对机器人进行编程。AI对协作机器人的应用有着多方面的影响。AI算法能够让协作机器人从人类的示范操作中学习，并适应新的任务。预测性AI还可以分析机器人的性能数据，提前识别设备的未来状态。
关键概念：
■ 了解工业机器人与人类协作划分的四个等级。
■ 易于编程的协作机器人为制造企业提供了一种经济可行的机器人自动化切入点。
思考一下：
AI与传感器技术如何助力协作机器人的发展？
