人機協作機器人的探討

劉志偉

摘 要：機器人產業是現代科學技術行業的重點發展項目，其中對人機協作機器人的研究已成為這個領域的重點。一方面，人機協作機器人融合了大量的先進技術，成為機器人行業的主流發展趨勢；另一方面，人機協作機器人簡化了操作方式。當前人機協作機器人普及范圍還有待進一步拓寬，我們需要更加深入的研究人機協作機器人的應用技術，推動未來社會的進步。

關鍵詞：人機協作；機器人；傳感

中圖分類號：TP24 文獻標志碼：A

我國機器人行業的快速發展逐漸催生出了人機協作技術的應用。人機協作實現了機器人技術的協作性，強調了機器人工作的主動性及智能化。人與機器人為完成某項工作共同合作，確保機器人在工作時處于協調狀態，降低錯誤率。人機協作機器人更能適應現代化的工作環境，保證各項機器人工作的順利進行，機器人在人機協作的作用下更加注重其適應性，實現了工作環境與機器人的相互統一。

1 人機協作機器人的工作優勢

人機協作機器人與傳統工業機器人相比有著明顯不同，象傳統工業機器人是固定安裝的，而人機協作機器人是手動可調整或可移動安裝的，傳統工業機器人具備圍欄隔離設計，人機協作機器人需與人類共處，此類不同說明了人機協作機器人有著一定的工作優勢，主要包括：1）感知力優勢，人機協作機器人能主動感應周圍的環境，以環境為主做出動作反饋，在服務的過程中預防危險發生，控制運行動作的啟停，具有較強的保護作用；2）友好性優勢，人機協作機器人工作時與人接觸時間長，再加上其不具備圍護，在友好性設計中就要做到表層光滑、平整，連接位置不能有縫隙，不能造成夾傷、撞傷的問題。

2 人機協作機器人的技術表現

該文結合人機協作機器人在工作環境中的應用，著重分析了人機協作機器人的技術表現，及人機協作機器人中各項技術的重要性。

2.1 安全控制技術

安全性能是人機協作機器人設計時最先考慮的問題，人機協作機器人的安全控制技術體現在3個方面：1）本機安全，在對人機協作機器人進行本機安全設計時，要選擇輕量化的設計，該類設計方案的安全系數高，避免了機器人過重而造成沖擊性的破壞，在人機協作機器人參與的工作環境中，人流量相對較大，輕量型設計也能避免機器人與人發生沖撞，保證機器人在人機協作中的安全性；2）安全監控，人機協作機器人的監控系統依靠傳感器實現安全控制，機器人工作的環境中安裝了大量的傳感器，用于測控運行中機器人的安全性，傳感器專門負責監控指定范圍中人機協作機器人的運行狀態，判斷機器人是否為安全狀態，一旦發現機器人運行風險就會立即報警，把機器人運行時的危險概率降到最低；3）驅動安全，此項安全設計的直接目標是實現人機協作機器人驅動運行的安全性，人機協作機器人的安全驅動方面采用了彈性驅動的設計方案，彈性驅動提供了嚴謹的驅動方式，機器人結構中需安裝SEA，即彈性驅動器，其可利用彈簧壓縮量控制驅動力，以免驅動器輸出過度，保護好驅動運行的過程。

2.2 運動可靠性

人機協作機器人的運動可靠性是指其在運動的過程中達到一定耐用性、持久性的標準。國內外不同標準的人機協作機器人運動可靠性存在著明顯的差異，選擇人機協作機器人的過程中需全面考察運動可靠性，保證機器人協作期間的使用壽命。人機協作機器人的運動可靠性設計中要做到配套應用，象大部分國產的人機協作機器人在材料、工藝、機械零件等方面都具有主動配套性，避免人機協作機器人的運動設計上出現缺陷，從整體上提高機器人運動的可靠性，當人機協作機器人配置了高精度的電機后，須同時配置高精度的減速機、連桿裝置等，規范人機協作機器人的整體性設計，為了實現人機協作機器人的運動可靠性，還要注意連桿裝置的運動學設計，機械裝配的誤差以及補償材料的柔性，以便維護人機協作機器人的可靠性。

2.3 零部件設計技術

人機協作機器人對零部件設計的要求非常高，目的是確保各項零部件都能夠實現整體化的協作運用。機器人中的所有零部件在運動時都要遵循協作性的運動原則，保證機器人的關節運動高度集成。對零部件的設計技術有較高的操作要求，不僅要區分人機協作機器人與傳統機器人的運動特征，還要做到符合工作任務的運動需求。人機協作機器人設計中常見的零部件有驅動器、控制器、編碼器等，此類零部件在人機協作設計中起到了決定性作用。該文以人機協作機器人零部件中的電機為例，分析設計技術的應用。電機為人機協作機器人提供了運動的動力，電機的設計參數有半徑、負載，按照人機協作機器人的工作范圍規劃電機服務的路線。一般情況下，人機協作機器人選用中空式的電機，象科爾摩根產品，該項產品能夠滿足人機協作機器人電機的運動需求，而且其在控制方面具有優質的防護作用，可以滿足人機協作機器人的工作流程。目前電機零部件的設計中需重點研究速度控制、力矩控制等，以便滿足批量生產和大規模生產的需求。

2.4 人機協作應用

人機協作應用中，首先要注意機器人參與人工操作的交互性，人機協作機器人可以按照指令完成各項操作，使人機協作機器人能夠適應不同的任務，提高機器人的工作效率，人機協作機器人工作的過程里，機器人現場完成示教的動作，強調動態服務與操作的優勢，簡化了人機協作的應用；然后是人機協作機器人設計在傳感設計方面的應用，機器人實際的運行工作時，視覺傳感、力覺傳感都是重要的條件，現代科學技術作用下的人機協作機器人合理運用傳感設計；最后人機協作機器人在應用時會定期組織內置軟件的更新操作，人機協作機器人與智能手機相似，也需要升級軟件，實現了程序的更新、升級，以免內部程序落后。

3 人機協作機器人的發展趨勢

在人機協作機器人發展趨勢中，程序和產品是較為關鍵的2種操作。程序在人機協作機器人中要做到及時更新，開發出更多優質的操作程序，保證程序與人機協作機器人的相互匹配，體現操作程序的高效性、適應性，提升人機協作機器人的工作能力。產品是指人機協作機器人的應用項目，按照人機協作機器人的要求設計附屬產品，而且人機協作機器人的產品要依照預期目標設計，各項附屬產品依照高性價比設計操作，保證人機協作機器人的靈活性。人機協作機器人正處于積極發展的過程中，越來越多的人機協作機器人被投入市場內，其應用范圍肯定會更加廣闊。

4 結語

人機協作機器人能夠準確地完成很多高難度的任務，解放了大量的人力操作，人可以轉向監管崗位或者其他更具有創造性的崗位，在機器人領域的行業優勢非常明顯。現階段，人機協作機器人已成為我們新的合作伙伴，在工業發展中發揮著重要作用，隨著其應用程度的提高，我們也會遇到更多的技術挑戰，需要我們不斷深入研究，推動人機協作機器人的進步，促使人機協作機器人能夠滿足各行各業的需求。

參考文獻

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