人與機(jī)器人在未來(lái)將攜手合作

常規(guī)的防護(hù)設(shè)備在機(jī)器人綜合應(yīng)用中會(huì)觸碰到它們的限制，特別是在那些人和機(jī)器人無(wú)障礙合作的應(yīng)用中更是如此。在此，執(zhí)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是解決這一難題的重要可行輔助調(diào)整方法。

如這里所展示的那樣，一名工人進(jìn)入定義為機(jī)器人工作范圍的防護(hù)區(qū)，安全防護(hù)系統(tǒng)便會(huì)讓機(jī)器人立刻緊急停止

在工業(yè)領(lǐng)域中，人機(jī)合作遵循兩個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)：C標(biāo)準(zhǔn)ISO 10218的“工業(yè)機(jī)器人安全”部分1，即“機(jī)器人技術(shù)”，和部分2，即“機(jī)器人系統(tǒng)和集成化”。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分的德文文本即EN ISO 10218-1:2012和EN ISO 10218-2:2012，均已發(fā)布，并作為與C標(biāo)準(zhǔn)ISO保持一致性的方式列入到機(jī)器設(shè)備指南2006/42/EG目錄中。在部分2“機(jī)器人系統(tǒng)和集成化”中可以查到人和機(jī)器人在生產(chǎn)運(yùn)行中合作的說(shuō)明陳述。

標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)這些關(guān)于人機(jī)合作的標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)踐中究竟能夠起到多大作用，以及仍然存在的問(wèn)題規(guī)定得很明確。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)ISO/TC 184/ SC2 WG3小組接受委托，負(fù)責(zé)ISO/TS 15066“機(jī)器人和機(jī)器人技術(shù)規(guī)劃設(shè)計(jì)——協(xié)作式工業(yè)機(jī)器人技術(shù)”技術(shù)專業(yè)內(nèi)容的修訂。在此，首先必須考慮到要從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的角度考慮ISO部分1和部分2的各種情況。ISO/TS 15066內(nèi)容是對(duì)ISO 10218-2中規(guī)定的機(jī)器人和機(jī)器人合作的安全要求的具體化表述。ISO/TS 15066中規(guī)定的典型安全功能如有在生產(chǎn)作業(yè)中，能夠可靠的監(jiān)控機(jī)器人并使之停止運(yùn)動(dòng)，并規(guī)定了機(jī)器人在生產(chǎn)作業(yè)中的最大運(yùn)行速度及機(jī)器人力度的極限值。在所涉及到的技術(shù)專業(yè)內(nèi)容中規(guī)定了人與機(jī)器人的站位方式，并定義出在相應(yīng)的人和機(jī)器人的站立區(qū)中，哪些位置上人對(duì)機(jī)器人帶來(lái)的沖撞會(huì)產(chǎn)生的疼痛感。將來(lái)，還可考慮將這些界限作為安全的人機(jī)合作規(guī)定。

通過(guò)技術(shù)服務(wù)防護(hù)人機(jī)合作的風(fēng)險(xiǎn)

標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)專業(yè)內(nèi)容還是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)草案。而這些草案要提交至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)委員會(huì)進(jìn)行討論評(píng)判。評(píng)判的討論結(jié)果將在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)委員會(huì)進(jìn)行具有現(xiàn)實(shí)意義的討論，并將討論結(jié)果補(bǔ)充到標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)技術(shù)內(nèi)容中。如果進(jìn)行補(bǔ)充的ISO/TS 15066標(biāo)準(zhǔn)最終要提交，那么應(yīng)將其補(bǔ)充的內(nèi)容一并納入到ISO 10218標(biāo)準(zhǔn)2中。至此，ISO 10218標(biāo)準(zhǔn)中便會(huì)有機(jī)器人的沖撞對(duì)人所產(chǎn)生的疼痛感界限值的規(guī)定。從標(biāo)準(zhǔn)中可以簡(jiǎn)單方便地得出具體的技術(shù)解決方案，過(guò)去是這樣，未來(lái)也會(huì)如此。而現(xiàn)實(shí)是，迄今為止人們只能看到標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于少數(shù)機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用中，遵守的人機(jī)合作的專業(yè)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)表述。在標(biāo)準(zhǔn)中常見(jiàn)到的是對(duì)人機(jī)合作的具體風(fēng)險(xiǎn)分析，這僅是人們能夠了解人機(jī)合作風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)，使人們明確一個(gè)整體式機(jī)器人系統(tǒng)所存在的多方面的風(fēng)險(xiǎn)。除了機(jī)器人自身外，系統(tǒng)的部件如抓斗和抓斗中的材料和工具也屬于該整體式機(jī)器人系統(tǒng)。所有這些部件也必須考慮在內(nèi)，目的是能夠作出可靠的決定，通過(guò)機(jī)器人的安全功能可直接防護(hù)哪些風(fēng)險(xiǎn)，還有哪些風(fēng)險(xiǎn)必須通過(guò)附加的傳感器或通過(guò)安全攝像裝置來(lái)加以防護(hù)。

因?yàn)槿伺c機(jī)器人之間的交互，需要新技術(shù)和新的解決方案，以確保人與機(jī)器人的安全合作。在此，對(duì)安全技術(shù)的要求總是取決于當(dāng)時(shí)具體的應(yīng)用情況。為了證明要求的安全水平必須有完備的安全功能，也就是由傳感器通過(guò)邏輯件數(shù)據(jù)處理直至行動(dòng)件的完備安全功能。所有這些功能必須相互協(xié)調(diào)地共同起到作用，以能夠確保機(jī)器人應(yīng)用的安全性。在此，提供這樣完備的可靠性自動(dòng)化安全功能的技術(shù)解決方案的廠商有很多，如Pilz公司。該公司能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的具體使用壽命期間的匹配技術(shù)服務(wù)細(xì)目表，也就是從機(jī)器人系統(tǒng)生產(chǎn)流程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析直至獲得CE標(biāo)識(shí)的技術(shù)服務(wù)細(xì)目表。此外，在Pilz公司技術(shù)服務(wù)細(xì)目表中還有為用戶提供機(jī)器人技術(shù)安全為主題的技術(shù)培訓(xùn)的內(nèi)容。

通過(guò)一個(gè)組態(tài)裝置在可靠的3D攝像系統(tǒng)上設(shè)置多個(gè)虛擬的警示或防護(hù)單元，用以監(jiān)控目標(biāo)物

人機(jī)交互的智能傳感器技術(shù)

因?yàn)槿藱C(jī)合作是涉及到各個(gè)不同層面的廣泛技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，從技術(shù)角度來(lái)看可一覽無(wú)余。但是到了產(chǎn)品層面，產(chǎn)品必須符合合作類型的要求，此外產(chǎn)品還必須符合市場(chǎng)要求。為此，除了其他技術(shù)裝置外，Pilz還提供一種工作可靠的，被稱作安全眼的3D攝像系統(tǒng)?，F(xiàn)在，該系統(tǒng)已在各種不同的人機(jī)合作應(yīng)用中被證實(shí)功能可靠。這種工作可靠的3D攝像系統(tǒng)能夠檢測(cè)到人機(jī)合作應(yīng)用中被定義為無(wú)人區(qū)，即警示和防護(hù)區(qū)域內(nèi)是否有人員進(jìn)入。

通過(guò)一個(gè)組態(tài)裝置為人機(jī)合作自動(dòng)化系統(tǒng)配置很多虛擬的，可用于監(jiān)控對(duì)象的警示或防護(hù)單元(圖1)。由此，該區(qū)域便與一個(gè)行動(dòng)部件相連接。攝像系統(tǒng)識(shí)別保護(hù)區(qū)域的外來(lái)進(jìn)入者，同時(shí)可直接確定并進(jìn)行控制：如有人步入被定義的警示區(qū)，攝像系統(tǒng)識(shí)便發(fā)出一個(gè)光學(xué)或聲學(xué)的警示。如果有人進(jìn)入了被定義為防護(hù)區(qū)的機(jī)器人行動(dòng)區(qū)域，安全防護(hù)系統(tǒng)讓機(jī)器人立刻緊急停止(圖2)。今天，Pilz提供的安全眼3D攝像系統(tǒng)已經(jīng)獲得生產(chǎn)許可證，并已成了被該行業(yè)行會(huì)所認(rèn)可的可系列化使用的立體攝影系統(tǒng)。3個(gè)CMOS圖像傳感器可高速識(shí)讀圖像，即使是很小的圖像部分也可在傳感器中被識(shí)讀并進(jìn)行加工處理。由于圖像傳感器采用極高的動(dòng)力性設(shè)置，因此即使在實(shí)踐中出現(xiàn)光的變化，圖像傳感器也能夠安全且可靠的工作。

人機(jī)合作部分將會(huì)明顯增大，這大大取決于傳感器技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)相互連接的智能傳感器和保證必要的動(dòng)力性工作程序的控制裝置的組合，是成功的第一步。