如何打造不杀人的工业机器人

针对工业机器人在与人配合进行生产和作业时的失误和事故，新一代的合作机器人在人机互动方面作出了许多改进，虽然有些技术尚未实现，但至少提供了提升的方向，如感应器和安全功能、近距离感应后停机、通过示范学习等。

今年6月，在德国的一家大众汽车(Volkswagen)工厂里，一台机器人把一名工人挤压致死。这位22岁的维修工被一只大型机械臂顶在了一块金属板上，这块区域通常是禁止人进入的。

这起悲剧事件凸显出了科技面临的一大挑战：在我们向着更加自动化的世界前进的时候，如何才能做到让机器人和人类并肩而立、共享空间，同时协同工作呢?

 

机器人和人类之间安全而高效的互动——也就是“合作机器人技术”(collaborative robotics)或者“合作机器人”(cobots)——可以发挥很大的作用，为装配线、家政服务、医疗和物流业带来变革。

一直以来，最早采用机器人作业的都是自动化程度已经非常高的汽车制造商和航空巨头。英宇航系统公司(BAE SystemsPLC.)在本月早些时候宣布，它计划用合作机器人技术来制造战斗机。

人机隔离

按照现在的情况，工业机器人和人类在同一个空间里工作是非常危险的——仅在美国就发生过20多起致命的机器人伤人事故——所以它们一般都被大型屏障防护起来。

“在完成高速搬运重物的单调工作时，它们是很棒的，但它们不智能，只会盲目地移动。如果(机体)碰到人，就会导致严重的伤害，有可能会致人死亡，”德国弗劳恩霍夫工厂运作和自动化研究所(Fraunhofer Institute for Factory Operation and Automation)的何塞•萨恩斯(José Saenz)说。

和老一代的机器人不同，“合作机器人”具备了感应器和安全功能，这让它们可以探测到周围的人员并做出反应。这也实现了机器的力量、精确性与人的视觉、感觉、思考以及调整能力的完美搭配。

这就目前而言是一种比较和谐的关系，因为人类所具备的一些能力是很难靠编程实现的。“很多经验和不成文的知识是编不成代码的。所以工人可能会知道哪里不对劲儿，能发现钻头震动方式不对，还能感觉到有些东西质量粗糙，”萨恩斯解释道。“试试把这些写成一份文档，然后用它来为机器人编程，那是不可能的。”

 

防止受伤

宝马公司是合作机器人应用方面的领军者之一。2013年，宝马把丹麦优傲机器人生产的产品安装到了它在南卡罗莱纳州的工厂里，帮助工人对车门做绝缘和密封。工作时，工人把车门放到正确的位置，然后机器人就会把材料涂抹并粘贴牢。要是没有机器人的话，这会是一项让人很不舒服的工作，还会导致手腕受伤。

“我们非常重视效率和安全。机器人可以完成像推拉这样的重复性工作，它不会受伤，因此也就不存在脱岗的问题，”宝马公司主管装配和物流的里奇•莫里斯(Rich Morris)说。“机器人和工人并肩工作，大家都很喜欢它。”

如果人离机器太近了会发生什么呢?“它会先告诉你你离它太近了，”他说，“然后它就会停机。”

 

今年宝马公司引进了一批机器人，让它们来完成另一项十分费力的工作：把坚硬的橡胶塞塞进汽车底盘的孔洞里。“因为干这个导致大拇指受伤的人太多了，”莫里斯解释道。最初，宝马公司开发了3D打印的外骨骼来为拇指做支撑，但现在，有着超级拇指的合作机器人已经接手了这项工作。

通过示范来学习

最先进的合作机器人的功能是灵活的，所以同一个型号的机器人可以很容易地在不同任务间转换，比如分拣、装货、处理各种材料。

Rethink Robotics推出的Baxter机器人有两只机械臂，在它像脑袋一样的屏幕上，还有一张动画模拟出来脸。“他”可以通过演示来学会执行一些任务：人只要按照顺序把它的机械臂操纵一轮，这台机器随后就能重复整个动作过程。屏幕上显示的面部表情可以向附近的人表明它正在做什么，当有意料之外的情况发生时，它还会做出疑惑的表情。

 

2015年2月，第一台在实验室外投入使用的Baxter机器人被安装在了澳大利亚糖果巨头黑氏巧克力(Haigh’s Chocolates)的工厂里。在那里“他”并没有被围在笼子里，而是和工人一起用抽气泵从生产线上拿起巧克力。

又灵巧又精确

合作机器人的下一个前沿应用是消费电子产品生产——这是一个目前还严重依赖人工的领域。

今年3月，Baxter有了个只有一只机械臂的兄弟Sawyer，它的设计可以完成更加细致的工作，比如电路板测试和机器操作。

与此同时，总部位于苏黎士的ABB公司推出了YuMi，它是一个装了传感器的机器人，它的精确度非常高，甚至可以给针穿线。

YuMi紧凑的外形和较小的运动范围，让它非常适合于小零件的装配，比如用来装配智能手机、笔记本电脑和平板电脑。

 

“这对工厂实现碳足迹最小化非常关键，而且也使机器人未来有可能被安排到目前只有工人能够进入的工作区，”ABB负责营销和销售的主管斯蒂芬•怀亚特(Steven Wyatt)说。

一旦合作机器人在工业领域被广泛使用并得到充分测试，它们就会开始出现在家庭环境里，但这也会带来与众不同的挑战。

 

“在工业环境里的人都过了18岁，同意在这种环境中工作，并且还会戴上防护眼镜和防护鞋。而在家里，情况就会变得更加复杂，宠物和孩子们会在地上到处爬，”萨恩斯说。“但家用市场确实也更大。”