人機(jī)協(xié)作：下一代機(jī)器人的必然屬性

□文/張含陽

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人機(jī)協(xié)作：下一代機(jī)器人的必然屬性

□文/張含陽

圖1　比爾?蓋茨

在開始人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的闡述之前，我們來品味一段發(fā)人深思的演說—— “目前機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展與30年前的電腦行業(yè)極為相似。今天在汽車裝配線上忙碌的一線機(jī)器人，正是當(dāng)年大型計(jì)算機(jī)的翻版?，F(xiàn)在，我看著多種技術(shù)發(fā)展的趨勢開始匯為一股推動機(jī)器人技術(shù)前進(jìn)的洪流，我完全能夠想象，機(jī)器人將成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧?。這段話出自2007年的國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會（CES）開幕式，演講者不是別人，正是世界首富、普及個人電腦的革命者、30多年前創(chuàng)立微軟的比爾?蓋茨。從某種程度上，蓋茨的這一番話就像一劑興奮劑，激發(fā)了人類追求智能生活的熱情。

從“家家擁有電腦”到“家家擁有機(jī)器人”，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正如計(jì)算機(jī)改變世界那樣，從過去的日積月累，到現(xiàn)在的百花齊放，走向未來的全面普及。我們有理由相信，機(jī)器人必將像計(jì)算機(jī)一樣，徹底改變生產(chǎn)、生活方式，甚至是人類的生存模式。但是，我們也應(yīng)理性地認(rèn)識到，機(jī)器人從工廠的裝配線走到客廳，甚至走到你的枕邊，還有很長的路要走。

人機(jī)協(xié)作式機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須突破的一個重要課題。在生產(chǎn)流程中，人機(jī)協(xié)作可以讓機(jī)器人更好地和工人配合，適應(yīng)更廣泛的工作挑戰(zhàn)。要想更深入地介入到人類生活中，人機(jī)協(xié)作水平的高低更是將成為衡量機(jī)器人優(yōu)劣的重要指標(biāo)。

張含陽本刊編輯

機(jī)器人需要與人類和平共處

從人類的角度上講，機(jī)器人自誕生之日起，就是為人類服務(wù)的。既然服務(wù)的對象是人，那么機(jī)器人存在意義的前提就是“和平共處”。未來，機(jī)器人要想和人類如同伙伴一般在一起生活，除了實(shí)現(xiàn)與人類語言交流、思想和精神上的契合等長遠(yuǎn)目標(biāo)之外，當(dāng)下我們最需要滿足的，同時也是最務(wù)實(shí)的需求其實(shí)還是希望機(jī)器人能夠與人一同協(xié)作，與人類“共同”完成不同的任務(wù)。這既包括完成傳統(tǒng)的“人干不了的、人不想干的、人干不好的”任務(wù)之外，更應(yīng)包括能夠減輕人類勞動強(qiáng)度、提高人類生存質(zhì)量的復(fù)雜任務(wù)。正基于此，人機(jī)協(xié)作的概念應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸被產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界、研究機(jī)構(gòu)所追捧。

人機(jī)協(xié)作這一概念可被看做是下一代機(jī)器人必須擁有的屬性，只有先實(shí)現(xiàn)“人機(jī)協(xié)作”，才有可能使“家家擁有機(jī)器人”這一偉大的夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。而人機(jī)協(xié)作這一特性，將促進(jìn)機(jī)器人更廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)機(jī)器人在人類生活中不可或缺的伙伴角色。

安全是人機(jī)協(xié)作的前提

在著名的《我，機(jī)器人》這部作品中，艾薩克?阿西莫夫著重強(qiáng)調(diào)了“機(jī)器人學(xué)三大法則”對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性。其中重中之重地把“機(jī)器人不得傷害人類，或坐視人類受到傷害”放在了首位?？梢姡瑱C(jī)器人的安全性在產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中扮演的角色是何等重要。

為了防止工業(yè)機(jī)器人在操作過程中對人類的安全造成威脅，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定，工業(yè)機(jī)器人必須與操作者和其他工作人員分離，而我國也對機(jī)器人的安全性制定了相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。

眾所周知，為了保證機(jī)器人足夠安全，自從工業(yè)機(jī)器人誕生半個多世紀(jì)以來，絕大部分工業(yè)機(jī)器人都被安置在靜態(tài)、確定的“被隔離”環(huán)境中，且完成的是單一重復(fù)性任務(wù)?？臻g上往往由非常堅(jiān)固的圍欄把機(jī)器與人隔離開。這樣的應(yīng)用方式當(dāng)然也就談不上更高層次的“走入人類生活”了。近年來，隨著兩化融合的趨勢不斷加深，制造業(yè)開始出現(xiàn)定制化、個性化、柔性化的發(fā)展趨勢，這就對傳統(tǒng)機(jī)器人這種固定的生產(chǎn)模式提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

圖2　機(jī)器人學(xué)三大法則

表1　涉及機(jī)器人安全的國家標(biāo)準(zhǔn)

圖3　圍欄將人與機(jī)器人相隔離

舉例而言，電子電器行業(yè)已經(jīng)被公認(rèn)為未來將超過汽車行業(yè)而成為機(jī)器人應(yīng)用的最大市場。過去的電子電器行業(yè)的裝配生產(chǎn)線往往采取自動傳輸線旁人力密集堆積的模式。在自動化改造過程中，大家就發(fā)現(xiàn)，所有的工位一次性完全由機(jī)器人替代幾乎是不可能完成的任務(wù)，只能部分替代。這種情況就導(dǎo)致了機(jī)器人與人之間的“親密接觸”不可避免，而傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人不能滿足企業(yè)生產(chǎn)安全性的需求。機(jī)器人與人協(xié)作的安全性考量已經(jīng)成為人機(jī)協(xié)作未來發(fā)展的重中之重。

目前，相比尚未成熟的服務(wù)機(jī)器人市場，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人已經(jīng)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域初露鋒芒，畢竟工業(yè)領(lǐng)域是機(jī)器人應(yīng)用最廣泛、最成熟的一片熱土。這種新型機(jī)器人能夠直接和操作人員在同一條生產(chǎn)線上工作，但卻不需要使用安全圍欄與人進(jìn)行隔離，這無疑在全手動和全自動的生產(chǎn)模式之間構(gòu)建了新的橋梁。

由于生產(chǎn)流程中的工作任務(wù)日趨復(fù)雜，同時還要保證降低成本、效益最優(yōu)，因此人們希望機(jī)器人技術(shù)能夠不斷提高與人類、設(shè)備之間的互動。雖然，人機(jī)協(xié)作機(jī)制將允許機(jī)器人完成更廣泛的、更復(fù)雜的任務(wù)，但是它也提出了機(jī)器人在安全性方面的種種問題。而事實(shí)是，增加機(jī)器人的安全性往往意味著性能上的妥協(xié)，這就要求設(shè)計(jì)人員必須在兩者之間尋求平衡，以保證安全與性能的雙贏。

那么，在“安全機(jī)制”層面，人機(jī)協(xié)作應(yīng)該滿足哪些特征，才使得人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的屬性足夠與人“和平共處”呢？

輕量化

對于傳統(tǒng)機(jī)器人來說，動輒幾百千克，甚至上千千克的自身重量本身就為安全性增加了隱患。

從學(xué)術(shù)的角度來看，這種機(jī)器人運(yùn)動時的慣量非常大，而我們所控制的動力不足以改變其動作，讓它停止，即便控制做得再好，也是于事無補(bǔ)，那么傳統(tǒng)機(jī)器人那種粗重的結(jié)構(gòu)就是不安全因素之一。因此，若要滿足機(jī)器人的安全機(jī)制，首先需要解決的就是機(jī)器人的輕量化問題，也就是開發(fā)重量盡可能輕的輕型機(jī)器人。

友好性

人機(jī)協(xié)作機(jī)器人具備的友好性是指設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時，需要保證機(jī)器人的表面和關(guān)節(jié)必須是光滑且平整的，不能帶有尖銳的轉(zhuǎn)角或者易夾傷操作人員的縫隙。

感知能力

人機(jī)協(xié)作機(jī)器人應(yīng)該能夠感知周圍的環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境的變化改變自身的行為。比如，當(dāng)機(jī)器人手臂撞擊到人類手臂時，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人可根據(jù)力覺傳感器感知到人類手臂的存在，并及時做出停止、遠(yuǎn)離或其他保護(hù)人類安全的動作。

人機(jī)協(xié)作由來已久

實(shí)際上，人機(jī)協(xié)作技術(shù)很早以前就已經(jīng)成為全球各大高校、機(jī)器人研究所爭相攻關(guān)的機(jī)器人技術(shù)。但是，在上世紀(jì)90年代之前，還尚未有成熟的產(chǎn)品進(jìn)行商業(yè)化量產(chǎn)。

美國在人機(jī)協(xié)作方面的研究起步較早，世界上第一臺商業(yè)化人機(jī)協(xié)作機(jī)器人便誕生于美國Barrett Technology公司。Barrett Technology創(chuàng)立于1990年，從麻省理工學(xué)院（MIT）中孵化而出，而其任務(wù)就是設(shè)計(jì)研發(fā)設(shè)計(jì)世界上第一臺觸覺機(jī)器人手臂，而Barrett Technology也獲得了美國能源部（DoE）、美國國家航空航天局（NASA）、美國國家衛(wèi)生基金會（NSF）的大力支持。

圖4　美國Barrett創(chuàng)始人Bill Townsend與WAM機(jī)器人（1997年）

圖5　機(jī)器人工程師正在展示一部WAM機(jī)械臂（2009年）

WAM 7-100機(jī)械臂相關(guān)參數(shù)

1995年5月，WAM機(jī)械臂首次在NASA肯尼迪航天中心公開。而在基準(zhǔn)測試結(jié)果中，7自由度的WAM機(jī)械臂在速度和加速度方面的表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)時其他著名的商用機(jī)器人，比如PUMA 562、 Motoman K10S、Schilling Gamma 7F。

目前，Barrett Technology公司擁有全世界最先進(jìn)的伺服技術(shù)，WAM機(jī)器人采用全世界最小的伺服驅(qū)動器，重量僅43克。

除了美國之外，德國作為制造業(yè)強(qiáng)國，對于人機(jī)協(xié)作的研究自然也是由來已久。比較有代表性的就是德國宇航中心的機(jī)器人學(xué)及機(jī)電一體化研究所，即DLR（Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.）。

DLR開始設(shè)計(jì)人機(jī)協(xié)作機(jī)器人（LightWeight Robot，LWR）起源于1991年，而真正使得輕量級機(jī)器人得到長足發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)則是1993年德國宇航中心的空間機(jī)器人實(shí)驗(yàn)ROTEX（Spase Robot Technology Experiment），該計(jì)劃在哥倫比亞號航天飛機(jī)上的空間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)順利完成。但是，彼時的機(jī)器人還十分笨重，以至于無法在地面上工作。而正因如此，科研人員才切實(shí)感受到小型輕量機(jī)器人的重要性，并開始設(shè)計(jì)研發(fā)。

DLR對人機(jī)協(xié)作技術(shù)深耕十幾年，其研究與發(fā)展也伴隨著三代輕量型機(jī)器人的問世——LBR Ⅰ（1991年）、LBRⅡ（1998年），以及LBRⅢ（2003年）。

這三代機(jī)器人具有兩個共同的特征：

第一，他們都是冗余自由度機(jī)器人，擁有7個自由度，可模仿人類手臂進(jìn)行一些復(fù)雜動作；

第二，所有的關(guān)節(jié)具備力矩測量功能，該功能通過安裝在減速器輸出端的力矩傳感器實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際上，作為德國著名的機(jī)器人生產(chǎn)商，全球機(jī)器人“四大家族”之一的KUKA在人機(jī)協(xié)作方面的研究與DLR之間也有著千絲萬縷的聯(lián)系。與科研機(jī)構(gòu)的高效合作，使KUKA將很多科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為成熟的商業(yè)產(chǎn)品，其與DLR在人機(jī)協(xié)作方面的合作就是典型之一。在研發(fā)LWR的過程當(dāng)中，KUKA扮演了不可或缺的角色。LWR在之前的十幾年時間由DLR研發(fā)，之后便開始由KUKA與DLR共同研發(fā)，并成功實(shí)現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)化。

2003年，在德國聯(lián)邦科教部的支持下，旨在幫助兩者有效結(jié)合的PAPAS項(xiàng)目開始實(shí)施，KUKA與DLR第一次開始聯(lián)合。DLR主要負(fù)責(zé)提供帶有基本控制策略的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人LWR，而KUKA則負(fù)責(zé)提供更高級的KRC控制器。一年后，在全球最大的機(jī)器人展覽Automatica 2004上，DLR和KUKA聯(lián)合發(fā)布了新產(chǎn)品——RoboAssistant。

之后KUKA和DLR在更多領(lǐng)域內(nèi)開展了更加深入的合作，包括如何開發(fā)輕量型人機(jī)協(xié)作手臂，更好地理解傳感器組件和集成電子元器件。KUKA決定開始小批量生產(chǎn)DLR 的LWR第三代人機(jī)協(xié)作機(jī)器人。

圖6　由DLR開發(fā)的三代機(jī)器人

圖7　Automatica 2004：首次公開展示 “RoboAssistant”

圖8　Automatica 2006：柔性表面處理（左）和“手把手”示教編程（右）

2006年，KUKA在Automatica的展位上展示了LWR第三代在復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用。通過展覽，KUKA發(fā)現(xiàn)LWR第三代機(jī)器人遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場需求，因此LWR第四代應(yīng)運(yùn)而生。從2008年，此時的LWR已經(jīng)更新至第四代，并計(jì)劃開始向全歐洲的客戶銷售共計(jì)60臺該型號的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人。

2014年11月，KUKA首次在中國發(fā)布人機(jī)協(xié)作機(jī)器人LBR iiwa。該款人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的負(fù)荷達(dá)到7千克，最大工作范圍為8米。LBR iiwa采用7自由度設(shè)計(jì)，并使用集成傳感器。 iiwa具備高靈敏性，其所有的關(guān)節(jié)都具備高性能碰撞檢測以及關(guān)節(jié)力矩傳感器。為了更好地人機(jī)協(xié)作，iiwa采用友好的流線型設(shè)計(jì)，并且非常適合安裝在狹小的工作空間。該輕型機(jī)器人甚至可以在車輛內(nèi)部有限空間內(nèi)開展作業(yè)。例如，它可以在車輛內(nèi)部前后移動，完成螺絲擰緊作業(yè)。目前，iiwa具有兩種型號，有效載荷分別為7千克和14千克。LBR iiwa人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的問世凝聚了眾多DLR和KUKA研發(fā)者的智慧與合作，可謂“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合的典型代表。

圖9　德國KUKA推出的LBR iiwa

除了KUKA之外，同為全球機(jī)器人“四大家族”之一的歐洲機(jī)器人巨頭ABB也于2014年發(fā)布了其首款人機(jī)協(xié)作機(jī)器人YuMi。為了保證人機(jī)協(xié)作的安全性，YuMi所有電路和氣路均內(nèi)置，手臂是緩沖防護(hù)型，增強(qiáng)了工人的安全性，以防止操作中與機(jī)器人發(fā)生意外觸碰。由于該款人機(jī)協(xié)作機(jī)器人采用輕量化設(shè)計(jì)，除了進(jìn)一步增強(qiáng)機(jī)器人的安全性之外，還有利于縮小安裝空間。

ABB設(shè)計(jì)的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的運(yùn)行速度可達(dá)到1.5米每秒，既增加了產(chǎn)量，也提高了工廠的生產(chǎn)效率。YuMi采用雙臂操作，可并行處理兩項(xiàng)任務(wù)，同時可實(shí)現(xiàn)接觸力感應(yīng)裝配，與人類的動作非常類似。

圖10　ABB公司推出的YuMi

同樣來自歐洲的優(yōu)傲機(jī)器人公司（Universal Robots）也是人機(jī)協(xié)作機(jī)器人家族中典型的代表之一，目前已形成UR3、UR5、UR10系列人機(jī)協(xié)作機(jī)器人。這三款人機(jī)協(xié)作機(jī)器人負(fù)載分別為3千克、5千克、10千克，是人機(jī)協(xié)作機(jī)器人中的典型代表。

圖11　優(yōu)傲人機(jī)協(xié)作機(jī)器人：UR3（左）、UR5（中）、UR10（右）

2005年，優(yōu)傲誕生于丹麥。憑借超高的性價比，優(yōu)傲機(jī)器人迅速成為中小企業(yè)熱捧的機(jī)器人產(chǎn)品。3年后，優(yōu)傲獲得丹麥國家投資基金（Danish State Investment Fund）以及丹麥著名風(fēng)險(xiǎn)投資公司Syddansk Teknologisk Innovation的大力支持。優(yōu)傲的首臺產(chǎn)品是—— UR5，六關(guān)節(jié)的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人，它獲得了工業(yè)機(jī)器人市場的極大關(guān)注。UR5 自重僅18千克，有效負(fù)載高達(dá)5千克，工作范圍為85厘米。

優(yōu)傲之所以很快獲得市場歡迎，除了強(qiáng)大的市場需求之外，最關(guān)鍵的是，優(yōu)傲在人機(jī)協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域創(chuàng)造的價格優(yōu)勢，其關(guān)鍵的關(guān)節(jié)力覺感知使用的并不是力矩傳感器，而是通過感知電機(jī)電流變化的方式實(shí)現(xiàn)力反饋，從而進(jìn)一步降低了優(yōu)傲機(jī)器人產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，使其獲得了很大的市場競爭優(yōu)勢。

而真正使優(yōu)傲機(jī)器人聲名大噪的事件發(fā)生在2015年。美國著名自動測試設(shè)備供應(yīng)商、紐交所上市企業(yè)泰瑞達(dá)（Teradyne）以高達(dá)2.85億美元的超高資本收購優(yōu)傲機(jī)器人公司，引起了資本界、媒體界的大量關(guān)注，一時間，優(yōu)傲也成為了人機(jī)協(xié)作機(jī)器人市場的紅人。

被譽(yù)為“機(jī)器人王國”的日本，在人機(jī)協(xié)作技術(shù)上的研究自然也是風(fēng)頭正勁，作為“四大家族”的安川電機(jī)和發(fā)那科都在近年重磅發(fā)布了旗下多種類協(xié)作型機(jī)器人。其中比較典型的是發(fā)那科于2015年發(fā)布的該領(lǐng)域具有全球最大負(fù)載的CR-35iA，最高載荷可達(dá)到35千克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他公司生產(chǎn)的輕型協(xié)作機(jī)器人，可謂是人機(jī)協(xié)作機(jī)器人中的“海格力斯”。

除了可與操作人員共享區(qū)域作業(yè)，相互協(xié)調(diào)，進(jìn)行重零件的搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，觸碰到人時會立刻安全地自動停止等人機(jī)協(xié)作機(jī)器人必備技術(shù)之外，CR-35iA還安裝了綠色“柔軟”外殼，緩和沖擊力，大大增加了友好性，保證操作人員免于傷害。

圖12　發(fā)那科推出的CR-35iA

說到人機(jī)協(xié)作機(jī)器人，就不得不提到一家位于美國波士頓的機(jī)器人廠商，其創(chuàng)始人有著傳奇的經(jīng)歷。麻省理工學(xué)院（MIT）人工智能實(shí)驗(yàn)室、電腦科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）前主任，美國納斯達(dá)克上市公司iRobot創(chuàng)始人、前董事會成員、前CTO……他就是羅德尼?布魯克斯（Rodney Brooks），現(xiàn)任Rethink Robotics董事長、CTO。

圖13　美國Rethink Robotics公司推出的Sawyer（左）和Baxter（右）

Rethink Robotics的成功在于出色地控制了機(jī)器人的生產(chǎn)成本，并創(chuàng)造了價格神話。據(jù)了解，作為一款智能型的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人，其造價成本控制在目前普通工業(yè)機(jī)器人的一半以下，而其售價（以Baxter為例）僅約2萬美元，可謂性價比超高，這也為Rethink Robotics賺足了噱頭。

而Rethink Robotics近期推出的Sawyer機(jī)器人正是瞄準(zhǔn)了當(dāng)前中國制造業(yè)市場，特別適合中小企業(yè)業(yè)務(wù)多樣而小負(fù)載的工作，能夠滿足個性化、柔性化制造的需求。Sawyer擁有很高的自適應(yīng)精確度，其能夠在半構(gòu)化的環(huán)境中有效完成公差為0.1mm的實(shí)際應(yīng)用。Sawyer的柔性關(guān)節(jié)臂的功率和力度都受到限制，每一個關(guān)節(jié)都包含高分辨率的力矩傳感器，同時采用自有的串聯(lián)彈性驅(qū)動器（SEA），使其完成柔順驅(qū)動，提供安全有效的人機(jī)交互。而且，Sawyer還能夠根據(jù)自身所處環(huán)境的變化而變化。比如，當(dāng)操作人員經(jīng)過時，它可以減慢自身的運(yùn)行速度，以降低對人類的威脅。

商業(yè)上，我國人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的成品化進(jìn)程相對較晚，但我們也可喜地看到了成果。2015年，我國最大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)——沈陽新松自動化股份有限公司推出了國內(nèi)首款高端7軸人機(jī)協(xié)作機(jī)器人。為了搶占高端機(jī)器人市場，獲得市場話語權(quán)，沈陽新松開發(fā)了這款高靈活度、易使用、適應(yīng)人機(jī)協(xié)作需求的7自由度擬人化柔性多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人。沈陽新松開發(fā)的柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人采用力反饋技術(shù)，能夠在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中靈敏地感知到、觸碰到外物并及時停下來，從而有效保證了協(xié)作人的人身安全。

該機(jī)器人擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，具有快速配置、牽引示教、視覺引導(dǎo)、碰撞檢測等功能，其極高的靈敏度、靈活度、精確度和安全性的特征，特別適用于布局緊湊、精準(zhǔn)度要求高、工作空間有限的柔性化生產(chǎn)線，滿足精密裝配、產(chǎn)品包裝、打磨、檢測、機(jī)床上下料等工業(yè)操作需要。當(dāng)然除了傳統(tǒng)的汽車、電子等工業(yè)領(lǐng)域之外，沈陽新松生產(chǎn)的柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人還可應(yīng)用于醫(yī)藥、精密儀器等行業(yè)，具有廣泛的適用性。

人機(jī)協(xié)作應(yīng)用豐富

在“工業(yè)4.0”的大環(huán)境下，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人除了能夠開拓全新的制造業(yè)生產(chǎn)模式之外，其良好的安全性、靈活性、易用性等特殊性能還能夠廣泛服務(wù)于工業(yè)之外的其他領(lǐng)域，比如醫(yī)療業(yè)、服務(wù)業(yè)等。北京理工大學(xué)機(jī)器人研究所作為中國頂級機(jī)器人科研單位之一，在人機(jī)協(xié)作技術(shù)方面有著深厚的底蘊(yùn)，而其人機(jī)協(xié)作技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生、服務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用方面也獲得了很多贊譽(yù)。

北京理工大學(xué)智能機(jī)器人研究所的黃遠(yuǎn)燦課題組是國內(nèi)最早開發(fā)安全協(xié)作型機(jī)器人臂的單位之一，在國家自然科學(xué)基金支持下，他們研制了世界上第一臺柔性驅(qū)動的按摩機(jī)器人臂，能實(shí)現(xiàn)類似人類按摩師的按摩手法，參加了2013中國工業(yè)機(jī)器人成果對接與交流會和第二屆中國（北京）國際服務(wù)貿(mào)易交易會（京交會）。2013年11月，IEEE Spectrum介紹了該按摩機(jī)器人臂，稱其將“取代”人類按摩師。在國家“十二五”科技支撐計(jì)劃支持下，他們還與北京東直門醫(yī)院和哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了世界上第一個能對中風(fēng)偏癱病人進(jìn)行全身康復(fù)訓(xùn)練的仿人形康復(fù)機(jī)器人。

圖14　沈陽新松公司推出的柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人

未來前景看好

自人類發(fā)明機(jī)器人以來，就以替代人力完成生產(chǎn)任務(wù)為目標(biāo)，而與之伴隨的是對大量工廠失業(yè)人員擔(dān)憂。當(dāng)然，短期來看，“機(jī)器換人”的大潮勢必會帶來部分人的下崗，但是從長遠(yuǎn)和全局看，機(jī)器人的效用不但不會搶走我們的飯碗，反而還能夠催生更多類型的工作崗位、更高質(zhì)量的生產(chǎn)模式，并提高制造業(yè)的整體水平。人機(jī)協(xié)作更是如此，它的出現(xiàn)從本質(zhì)上并不是要替換人類的某種單一重復(fù)性的任務(wù)，而是更智能地陪伴人類完成更多復(fù)雜多變的任務(wù)，甚至開創(chuàng)原來無法完成的高難度工作，因此，我們有理由相信，人機(jī)協(xié)作在接下來的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中勢必獲得越來越多從業(yè)者的歡迎。

圖15　人機(jī)協(xié)作機(jī)器人在醫(yī)療上的應(yīng)用

機(jī)器人教育總動員

“十年樹木，百年樹人”，小到每個個體，大到整個民族，教育對于一個國家的發(fā)展舉足輕重。在“創(chuàng)新”一詞方興未艾的當(dāng)下，如何突破固有思維，開拓教育新思路，最終提高國民，尤其是青少年的科技素養(yǎng)，是許多專家、學(xué)者、科技界、教育界人士苦心孤詣之所在。

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展始終面臨著人才不足的現(xiàn)狀，而機(jī)器人作為集合多學(xué)科、多任務(wù)于一體的高科技產(chǎn)品，無疑成為了科技創(chuàng)新教育的有效載體，并在今年迅速成為教育產(chǎn)業(yè)中一顆閃亮的新星。根據(jù)中國機(jī)器人教育聯(lián)盟在2015年11月發(fā)布的數(shù)據(jù)，全國共有約7600家機(jī)器人教育機(jī)構(gòu)，最近5年增長了近15倍。預(yù)計(jì)到2016年年底，這個數(shù)字將突破1萬。

“居安思危”，在看到產(chǎn)業(yè)百花齊放的同時，并不代表我們可以高枕無憂。與很多新生事物一樣，機(jī)器人教育的發(fā)展路徑也需要冷靜思考，細(xì)心沉淀。與傳統(tǒng)教育不同的是，近些年風(fēng)生水起的機(jī)器人教育，無論是在發(fā)展模式、體質(zhì)機(jī)制還是教育手法、支持政策等各個方面均處于探索階段。

梳理歷史、理清現(xiàn)狀、提出對策，我們才能更好地乘風(fēng)破浪，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)未來貯足后備力量，為我國教育事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，注注入更新鮮、更有生命力的血液。