傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的使用情況：安全護(hù)欄內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人在按照全自動的方式制造汽車
事實(shí)上，工業(yè)機(jī)器人是在20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的，最初應(yīng)用承擔(dān)對人類健康構(gòu)成威脅環(huán)境中的特種任務(wù)，比如，將拐臂機(jī)器人應(yīng)用于放射性物質(zhì)處理中就是最好的實(shí)例。
在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，人們很快就發(fā)現(xiàn)可編程控制的多關(guān)節(jié)機(jī)械手有著不可忽視的優(yōu)點(diǎn)。從不同來源得到的信息表明，第一家在工業(yè)化生產(chǎn)中使用機(jī)器人生產(chǎn)線的企業(yè)是美國的汽車巨頭通用汽車公司。即使在今天仍然可以在各個汽車制造廠的裝配線上找到工業(yè)機(jī)械手。它們獨(dú)立地承擔(dān)著焊接、連接、定位和測量等不同的任務(wù)。
在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，機(jī)器人只完成它們編程控制的一些工作步驟。人與機(jī)器人之間的協(xié)作幾乎從來沒有發(fā)生過。一般情況下，機(jī)器人“同事”都被圈在護(hù)欄內(nèi)，避免傷害周圍的員工。這種解決方案和程序編制使得機(jī)器人的使用不夠靈活，例如短時間的機(jī)器人操作調(diào)整就要耗費(fèi)很長的時間、代價(jià)昂貴。
從手持式機(jī)械臂到可編程序控制的機(jī)器人
在像德國這樣的高工資國家中，機(jī)器人已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中使用了很長一段時間。它們的外觀也呈現(xiàn)多樣化。最常見的機(jī)器人就像Kuka公司或者Fanuc公司產(chǎn)品目錄中的拐臂式機(jī)器人那樣。它們可以搬運(yùn)幾百公斤或者數(shù)噸重的物體，承擔(dān)著各種各樣的任務(wù)。
例如，移動式和聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)輸機(jī)器人可作為將物資或者零部件運(yùn)送到各個目的地的移動平臺。利用其配備的傳感設(shè)備，例如掃描器、3D攝像機(jī)或者超聲波組成的多模式傳感器，它們就能夠可靠地避開行進(jìn)路線上的障礙物，并與動態(tài)環(huán)境中的其他移動式機(jī)器人甚至人類“同事”一起工作。這樣，被加工零件就可以直接到達(dá)下一個加工點(diǎn)，不必再經(jīng)過整條裝配線了。
一段時間以來，操作者也在直接使用輕型機(jī)器人。但有時人與機(jī)器人之間的協(xié)作類型和方式是完全不同的。
在“工業(yè)4.0”的未來型解決方案中，即通過網(wǎng)絡(luò)化經(jīng)物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自我組織生產(chǎn)這一目標(biāo)的解決方案中就必須重新思考全新的生產(chǎn)加工制造過程。在個性化產(chǎn)品生產(chǎn)的道路上，下一步將是用模塊化的組裝方式取代生產(chǎn)流水線，屆時，人將與機(jī)器人攜手合作。
人與機(jī)器人協(xié)作的不同形式
在生產(chǎn)過程中，人與機(jī)器人協(xié)作的可能性來自多方面：
（1）在傳統(tǒng)的機(jī)器人應(yīng)用中，機(jī)器人都在單獨(dú)圍起來的安全防護(hù)欄內(nèi)工作，這種變型在汽車制造業(yè)中最常見；
（2）當(dāng)人與沒有護(hù)欄的機(jī)器人肩并肩地工作時，通常被稱之為“人－機(jī)共處”，但人與機(jī)器人的工作互補(bǔ)交往，沒有重疊的工作區(qū)，這種變型在汽車制造業(yè)中也是常見的，例如在汽車裝配線上；
（3）只有在人和機(jī)器人之間的工作流程同步時才發(fā)生人與機(jī)器人之間交互，但這里沒有直接的協(xié)作，人與機(jī)器人各有自己分享的工作空間，即：人在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)或者在機(jī)器人工作范圍內(nèi)移動，例如，人在某一部件、組件處工作；一旦他完成了自己的工作就離開這一區(qū)域，機(jī)器人就抓起這一部件、將它輸送到下一工位處；
（4）協(xié)作方式：人與機(jī)器人同時在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)同時工作，但不是在同一對象上工作；
（5）人與機(jī)器人同時在同一區(qū)域內(nèi)的同一對象上工作，這種人－機(jī)協(xié)作也可稱之為通力‘協(xié)作’。在這種情況下，人可以直接達(dá)到機(jī)器人旁邊，反之亦然；
工作要求和成本費(fèi)用決定了協(xié)作方式
工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)為人－機(jī)協(xié)作提供了諸多潛力。對用戶來講最具決定性意義的是要知道：哪一種應(yīng)用情況能夠最佳地挖掘機(jī)器人技術(shù)帶來的潛力。例如，共享的工作空間和交互以及必要的安全保護(hù)措施對機(jī)器人應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性有什么作用？這些都是在規(guī)劃設(shè)計(jì)和方案設(shè)計(jì)時必須考慮到的。
因?yàn)槊恳豁?xiàng)投資的最后都有一筆成本效益的賬本：應(yīng)該取消全自動生產(chǎn)過程影響生產(chǎn)能力和生產(chǎn)速度安全護(hù)欄，讓操作者能夠更加靠近生產(chǎn)線嗎？這樣一來，機(jī)器人真的不會在人－機(jī)互動時有風(fēng)險(xiǎn)嗎？
人－機(jī)協(xié)作的潛力
多年來，人－機(jī)協(xié)作被譽(yù)為未來的生產(chǎn)場景。它描述的是人與機(jī)器人“親密無間”地直接協(xié)作。而這種人－機(jī)協(xié)作的一個重要任務(wù)就是：找到人－機(jī)協(xié)作團(tuán)隊(duì)的正確組織方式，將人的智能與人工智能最佳地組合在一起。人能夠非常好地做到在恰當(dāng)?shù)臅r刻交付物品，是因?yàn)槿擞兄麄€過程的整體概念，知道各個工序間的時間進(jìn)度。而機(jī)器人需要的是動態(tài)的進(jìn)度計(jì)劃，只有這樣才能在特定的情況下將正確的工具在正確的時間以正確的速度和角度輸送到位。盡管輕型機(jī)器人比它的工業(yè)機(jī)器人“同事”傳遞的力量較低，但其人性化的特性則能夠更好的實(shí)現(xiàn)“手拉手”的協(xié)作。
像ABB公司、Univesal Robots公司、Rethink Robotics公司和Kuka公司這樣的機(jī)器人供應(yīng)商都對人－機(jī)協(xié)作的趨勢做出了自己的反應(yīng)，開發(fā)出了自己的完全滿足MRK人－機(jī)協(xié)作要求的機(jī)器人產(chǎn)品和配套附件。第一款真正人－機(jī)協(xié)作意義上的雙臂機(jī)器人就是ABB公司的Yumi型機(jī)器人。在2015年的漢諾威國際會展中，這款雙臂機(jī)器人首次亮相讓德國總理默克爾激動不已。
ABB公司研發(fā)生產(chǎn)的Yumi機(jī)器人被視為第一種協(xié)作式機(jī)器人。有了它，人與機(jī)器人之間安全地直接協(xié)作成為可能
霍倫霍夫研究所的多家研究機(jī)構(gòu)都圍繞MRK人－機(jī)協(xié)作進(jìn)行了研究，深入地探討了人－機(jī)協(xié)作的潛力。例如，2016年霍倫霍夫工業(yè)工程研究所IAO就進(jìn)行了人－機(jī)協(xié)作是否像媒體炒作的那樣的調(diào)研。在這次調(diào)查中，研究人員詢問了那些已經(jīng)使用輕型機(jī)器人的企業(yè)在引進(jìn)輕型機(jī)器人過程中的經(jīng)驗(yàn)，職工對沒有安全護(hù)欄機(jī)器人的接受程度以及機(jī)器人幫手的經(jīng)濟(jì)性。霍倫霍夫研究所制定的評判標(biāo)準(zhǔn)是：在大批量生產(chǎn)之前或者前不久才開始使用機(jī)器人、同一機(jī)器人在多個不同企業(yè)中的應(yīng)用。
在這次調(diào)查研究的框架內(nèi)，研究人員詢問了那些已經(jīng)擁有輕型機(jī)器人使用經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)了解了輕型機(jī)器人引進(jìn)過程中的經(jīng)驗(yàn)、員工對沒有安全護(hù)欄機(jī)器人的認(rèn)可程度以及使用機(jī)器人的成本效益。作為評判標(biāo)準(zhǔn)，霍倫霍夫研究所是以在大批量生產(chǎn)之前或者前不久才開始使用機(jī)器人、同一機(jī)器人在多個不同企業(yè)中的應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)。此次調(diào)結(jié)果為：與全自動技術(shù)領(lǐng)域中的投資相比較，在協(xié)作性人－機(jī)應(yīng)用中的投資正在轉(zhuǎn)變。雖然人與機(jī)器人協(xié)作的生產(chǎn)方式減少了自動化的零件物流等費(fèi)用，但卻增加了安全保護(hù)傳感器的成本費(fèi)用。同時，人參與其中也保留了人力資源在零件生產(chǎn)過程中的成本費(fèi)用。
根據(jù)霍倫霍夫研究所研究人員的觀點(diǎn)：如果能夠證明人－機(jī)協(xié)作能夠帶來更高的收益，例如減少了空間占用，則MRK人－機(jī)協(xié)作的生產(chǎn)方式是能夠得到回報(bào)的；因?yàn)樗梢院推渌a(chǎn)過程平行進(jìn)行，但目前經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)MRK人－機(jī)協(xié)作仍然有著很大的障礙。
協(xié)作型機(jī)器人也可以帶有一張“人臉”，如Rethink Robotics公司的Sawyer型和Baxter型機(jī)器人。它們已經(jīng)開始在一些生產(chǎn)車間里“上班”了
