人机梦之队

这是人类历史悠久的梦想之一：人类和机器人肩并肩完美和谐地在一起工作。人类的精细运动技能和从经验中学习的能力使他们在灵活性方面具有优势，而机器人能够以可靠的质量和可重复性处理繁琐而艰巨的任务。结合两者的优点可以帮助优化现有流程或产生全新流程。EngRoTec公司在其展示汽车后挡板组装的演示单元中证明，即使在重型机器人的严苛条件下，真正的人机协作（HRC）也并非是痴心妄想。

现场令人印象深刻。一台2.7米长的机器人，最大载重量220千克，将整个汽车后挡板运送到安装夹具上，EngRoTec公司工程师Sebastian Filk从一条标有其工作站边界的红色LED后注视着这一切。如果他要越过边界，机器人就会在几毫秒内停止，或继续以足够低的速度工作，以免危及操作人员安全。一旦Filk的“钢铁同事”停下来，灯光变为绿色，他就可以安全地进入。在紧固两个铰链后，他再次离开该区域，并按下下一个终端上的按钮以完成工作过程。然后机器人将预组装的后挡板带到车身，并以激光引导精确定位。绿灯再次亮起，告诉Filk工件处于正确的位置，并可以安全进入。正巧在他将后挡板拧到车身上时，控制器也已经将质量数据发送到ERP系统，并请求下一个工件。在工业4.0所设想的未来，这种亲密的团队合作很快将会成为常态。

长期以来，用于家务和医疗保健的服务机器人一直占据着头条新闻。直接的人机协作非常适合小部件的组装和处理。机器人深受那些原本不得不执行高危作业或身处不良工位的工人的欢迎。⁽¹⁾  这类应用涉及轻型机器人，它们的移动质量小，且驱动器以较低的速度和较小的力量运行，以免对人类造成危险。

在重型机器人领域，情况则完全不同。在汽车制造业中有许多应用，其中数百个在安全单元中工作的机器人将整个车身焊接在一起。“现在大多数应用都可以在这些条件下实现自动化，”EngRoTec公司总经理Marc Burzlaff解释道。“未来，关键是将人类带入这个过程，并将他们的智慧与机器人技术的优势相结合。”其结果将大幅提高生产过程的效率和柔性，并改善操作员的工作条件。“随着工业4.0和大规模定制的到来，这些优势将只会变得越来越重要，”Burzlaff说道。

在汽车行业内实施了大量HRC项目后，Burzlaff知道整个安全链的响应时间可能是HRC应用成功的决定因素。“如果你能够将安全响应时间缩短到350至400毫秒，那么与目前的技术水平相比，你就可以将安全距离减少多达50%，”他解释道。这反过来又会减少整体设备的占地面积。工人可以从缩短的移动距离和更人性化设计的工作站中受益。

传统的MRC解决方案基于标准机器人，它们具有自己的控制系统，独立的单元控制和安全技术。对系统之间的众多安全参数和通信进行分布式管理需要进行大量的开发工作。“由于复杂程度较高，因此不可能实现低于500毫秒的响应时间，”Burzlaff说道。

2015年，EngRoTec公司开发了AI机器人控制系统，这使机器人辅助和公差优化的后挡板安装成为可能。这种经过现场验证和贸易协会批准的应用现已在新的HRC演示单元中进一步开发。“能够以具有成本效益的方式为我们的客户实现这些方案是我们工作的重点，”Burzlaff说道。“为了实现这一目标，我们必须从头开始重新评估我们的自动化解决方案。”

经过深入的市场调研，EngRoTec的工程师决定使用Comau机器人，并通过贝加莱可自由配置的控制技术进行增强。这种合作的结果被称为openROBOTICS，从而允许这类机器人紧密集成到整个系统中。“Comau省去了自己的机器人控制系统，大大降低了自动化技术的复杂性。此外，针对控制、运动和安全的贝加莱技术与openROBOTICS技术包相结合，不仅大幅降低了工程成本，而且还缩短了安全响应时间，”Comau机器人销售和营销主管Tobias Daniel说道。

一个SafeROBOTICS这样的软件包可以执行各种重要功能，可用于为各种不同的任务实施HRC应用程序。例如，可以对多个法兰、关节、监控和工具中心点以及放置在空间任何位置的多达20个长方体或平面同时进行安全监控和实时重新配置。为了简化配置，可以直接从仿真工具中应用这些数据。

SafeROBOTICS还包括安全运动控制功能，可以监控机器人工具中心点（TCP）的运动，并确保机器人的安全定位、速度和方向。如果没有这些功能，HRC应用程序将很难或无法实施。

有了它们，安全应用程序的响应时间得以大幅减少。“在这个应用中，从激光扫描仪检测到工作区违规到驱动器安全关闭，我们已经可以实现320毫秒的安全响应时间。这是一项世界纪录，”贝加莱德国公司总经理Markus Sandhöfner声称道。绩效进一步得益于EngRoTec的专业知识，EngRoTec能够通过智能的、数据库支持的软件和控制器设计消除对大量硬件和其它设备的需求。

⁽¹⁾ BGHM (2016) Trade Association for Wood and Metal, Fraunhofer IFF Magdeburg carries out research on behalf of the BGHM for man-robot collaboration in Industry 4.0: www.bghm.de/bghm/presseservice/pressemeldungen/detailseite/sichere-zusammenarbeit-von-mensch-und-roboter/ (viewed on 11/14/2016)

⁽²⁾ Schenk (2012). Michael Schenk, Norbert Elkmann: Safe man-robot interaction, requirements, conditions, scenarios and proposed solutions. Demographic change - a challenge for the work and company organization of future series by the Academic Society for Work and Industrial Organization (HAB). Egon Müller (publisher)