人機協(xié)作機器人的探討

劉志偉

摘 要：機器人產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)行業(yè)的重點發(fā)展項目，其中對人機協(xié)作機器人的研究已成為這個領(lǐng)域的重點。一方面，人機協(xié)作機器人融合了大量的先進技術(shù)，成為機器人行業(yè)的主流發(fā)展趨勢；另一方面，人機協(xié)作機器人簡化了操作方式。當(dāng)前人機協(xié)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(xié)作機器人的應(yīng)用技術(shù)，推動未來社會的進步。

關(guān)鍵詞：人機協(xié)作；機器人；傳感

中圖分類號：TP24 文獻標(biāo)志碼：A

我國機器人行業(yè)的快速發(fā)展逐漸催生出了人機協(xié)作技術(shù)的應(yīng)用。人機協(xié)作實現(xiàn)了機器人技術(shù)的協(xié)作性，強調(diào)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(xié)調(diào)狀態(tài)，降低錯誤率。人機協(xié)作機器人更能適應(yīng)現(xiàn)代化的工作環(huán)境，保證各項機器人工作的順利進行，機器人在人機協(xié)作的作用下更加注重其適應(yīng)性，實現(xiàn)了工作環(huán)境與機器人的相互統(tǒng)一。

1 人機協(xié)作機器人的工作優(yōu)勢

人機協(xié)作機器人與傳統(tǒng)工業(yè)機器人相比有著明顯不同，象傳統(tǒng)工業(yè)機器人是固定安裝的，而人機協(xié)作機器人是手動可調(diào)整或可移動安裝的，傳統(tǒng)工業(yè)機器人具備圍欄隔離設(shè)計，人機協(xié)作機器人需與人類共處，此類不同說明了人機協(xié)作機器人有著一定的工作優(yōu)勢，主要包括：1）感知力優(yōu)勢，人機協(xié)作機器人能主動感應(yīng)周圍的環(huán)境，以環(huán)境為主做出動作反饋，在服務(wù)的過程中預(yù)防危險發(fā)生，控制運行動作的啟停，具有較強的保護作用；2）友好性優(yōu)勢，人機協(xié)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(shè)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(xié)作機器人的技術(shù)表現(xiàn)

該文結(jié)合人機協(xié)作機器人在工作環(huán)境中的應(yīng)用，著重分析了人機協(xié)作機器人的技術(shù)表現(xiàn)，及人機協(xié)作機器人中各項技術(shù)的重要性。

2.1 安全控制技術(shù)

安全性能是人機協(xié)作機器人設(shè)計時最先考慮的問題，人機協(xié)作機器人的安全控制技術(shù)體現(xiàn)在3個方面：1）本機安全，在對人機協(xié)作機器人進行本機安全設(shè)計時，要選擇輕量化的設(shè)計，該類設(shè)計方案的安全系數(shù)高，避免了機器人過重而造成沖擊性的破壞，在人機協(xié)作機器人參與的工作環(huán)境中，人流量相對較大，輕量型設(shè)計也能避免機器人與人發(fā)生沖撞，保證機器人在人機協(xié)作中的安全性；2）安全監(jiān)控，人機協(xié)作機器人的監(jiān)控系統(tǒng)依靠傳感器實現(xiàn)安全控制，機器人工作的環(huán)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(zé)監(jiān)控指定范圍中人機協(xié)作機器人的運行狀態(tài)，判斷機器人是否為安全狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)機器人運行風(fēng)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(qū)動安全，此項安全設(shè)計的直接目標(biāo)是實現(xiàn)人機協(xié)作機器人驅(qū)動運行的安全性，人機協(xié)作機器人的安全驅(qū)動方面采用了彈性驅(qū)動的設(shè)計方案，彈性驅(qū)動提供了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?qū)動方式，機器人結(jié)構(gòu)中需安裝SEA，即彈性驅(qū)動器，其可利用彈簧壓縮量控制驅(qū)動力，以免驅(qū)動器輸出過度，保護好驅(qū)動運行的過程。

2.2 運動可靠性

人機協(xié)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(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外不同標(biāo)準(zhǔn)的人機協(xié)作機器人運動可靠性存在著明顯的差異，選擇人機協(xié)作機器人的過程中需全面考察運動可靠性，保證機器人協(xié)作期間的使用壽命。人機協(xié)作機器人的運動可靠性設(shè)計中要做到配套應(yīng)用，象大部分國產(chǎn)的人機協(xié)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(xié)作機器人的運動設(shè)計上出現(xiàn)缺陷，從整體上提高機器人運動的可靠性，當(dāng)人機協(xié)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(guī)范人機協(xié)作機器人的整體性設(shè)計，為了實現(xiàn)人機協(xié)作機器人的運動可靠性，還要注意連桿裝置的運動學(xué)設(shè)計，機械裝配的誤差以及補償材料的柔性，以便維護人機協(xié)作機器人的可靠性。

2.3 零部件設(shè)計技術(shù)

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

2.4 人機協(xié)作應(yīng)用

人機協(xié)作應(yīng)用中，首先要注意機器人參與人工操作的交互性，人機協(xié)作機器人可以按照指令完成各項操作，使人機協(xié)作機器人能夠適應(yīng)不同的任務(wù)，提高機器人的工作效率，人機協(xié)作機器人工作的過程里，機器人現(xiàn)場完成示教的動作，強調(diào)動態(tài)服務(wù)與操作的優(yōu)勢，簡化了人機協(xié)作的應(yīng)用；然后是人機協(xié)作機器人設(shè)計在傳感設(shè)計方面的應(yīng)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(xiàn)代科學(xué)技術(shù)作用下的人機協(xié)作機器人合理運用傳感設(shè)計；最后人機協(xié)作機器人在應(yīng)用時會定期組織內(nèi)置軟件的更新操作，人機協(xié)作機器人與智能手機相似，也需要升級軟件，實現(xiàn)了程序的更新、升級，以免內(nèi)部程序落后。

3 人機協(xié)作機器人的發(fā)展趨勢

在人機協(xié)作機器人發(fā)展趨勢中，程序和產(chǎn)品是較為關(guān)鍵的2種操作。程序在人機協(xié)作機器人中要做到及時更新，開發(fā)出更多優(yōu)質(zhì)的操作程序，保證程序與人機協(xié)作機器人的相互匹配，體現(xiàn)操作程序的高效性、適應(yīng)性，提升人機協(xié)作機器人的工作能力。產(chǎn)品是指人機協(xié)作機器人的應(yīng)用項目，按照人機協(xié)作機器人的要求設(shè)計附屬產(chǎn)品，而且人機協(xié)作機器人的產(chǎn)品要依照預(yù)期目標(biāo)設(shè)計，各項附屬產(chǎn)品依照高性價比設(shè)計操作，保證人機協(xié)作機器人的靈活性。人機協(xié)作機器人正處于積極發(fā)展的過程中，越來越多的人機協(xié)作機器人被投入市場內(nèi)，其應(yīng)用范圍肯定會更加廣闊。

4 結(jié)語

人機協(xié)作機器人能夠準(zhǔn)確地完成很多高難度的任務(wù)，解放了大量的人力操作，人可以轉(zhuǎn)向監(jiān)管崗位或者其他更具有創(chuàng)造性的崗位，在機器人領(lǐng)域的行業(yè)優(yōu)勢非常明顯?，F(xiàn)階段，人機協(xié)作機器人已成為我們新的合作伙伴，在工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，隨著其應(yīng)用程度的提高，我們也會遇到更多的技術(shù)挑戰(zhàn)，需要我們不斷深入研究，推動人機協(xié)作機器人的進步，促使人機協(xié)作機器人能夠滿足各行各業(yè)的需求。

參考文獻

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