人機(jī)協(xié)作機(jī)器人是“設(shè)計(jì)用于在定義的協(xié)作工作空間內(nèi)的與人直接交互的機(jī)器人”。人機(jī)協(xié)作機(jī)器人在工作過程中與工人和其他機(jī)器人形成伙伴關(guān)系，能夠識別物理接觸的可能性并規(guī)劃回避動(dòng)作。人機(jī)協(xié)作機(jī)器人需要具有易于訓(xùn)練和操作的特點(diǎn)，并能夠與其他機(jī)器人和人類合作。

　　目前制造業(yè)機(jī)器人應(yīng)用以傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人為主，通常售價(jià)偏高，功能單一，其重新編程復(fù)雜，且為了保證安全，需要與人隔離，從而限制了其在中小型制造企業(yè)的應(yīng)用。而人機(jī)協(xié)作機(jī)器人除了具備傳統(tǒng)機(jī)器人具有的速度和精度指標(biāo)外，還具有碰撞檢測“本質(zhì)”安全以及快速編程、快速學(xué)習(xí)、快速部署的能力和投資回報(bào)快等突出特點(diǎn)，因此也被稱為新一代智能工業(yè)機(jī)器人。人機(jī)協(xié)作機(jī)器人可靈活快速地在不同應(yīng)用場景中切換，像人一樣完成任務(wù)，特別適合小批量、多批次的柔性化生產(chǎn)，可完成目前90%傳統(tǒng)自動(dòng)化方案不能完成的工作，從而提高生產(chǎn)的靈活性、降低成本、提高效率和推動(dòng)創(chuàng)新。

　　當(dāng)前世界各先進(jìn)國家紛紛制定研究計(jì)劃，開展人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的相關(guān)研究工作。以美國為例，2017年初，在匹茲堡成立了由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)牽頭建設(shè)的ARM(Advanced Robotics Manufacturing)計(jì)劃，計(jì)劃開展具有自主編程與人機(jī)協(xié)作功能的新一代機(jī)器人技術(shù)研究，構(gòu)建具有自適應(yīng)和可重構(gòu)的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，目標(biāo)是使美國始終處于先進(jìn)制造業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位，從而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長。

　　產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

　　傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)成熟，80%的市場份額被安川、FANUC、ABB和KUKA等國際機(jī)器人巨頭所占據(jù)，國內(nèi)廠商在成本、技術(shù)、性能、規(guī)模等方面與國外優(yōu)勢企業(yè)存在巨大差距，僅僅占有少量的市場份額，難以打破現(xiàn)有行業(yè)競爭格局。

　　人機(jī)協(xié)作機(jī)器人作為機(jī)器人行業(yè)全新的發(fā)展方向，其技術(shù)體系與傳統(tǒng)機(jī)器人有較大的差異，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人廠商也都處于研發(fā)階段，還未能推出成熟產(chǎn)品。目前占有人機(jī)協(xié)作機(jī)器人市場80%的份額的丹麥機(jī)器人廠商優(yōu)傲機(jī)器人公司(Universal Robots，簡稱UR，如圖1所示)屬于創(chuàng)業(yè)型公司，正在打破由“四大家族”壟斷的工業(yè)機(jī)器人市場格局。

　　圖1 丹麥優(yōu)傲機(jī)器人公司

　　未來20年我國對人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的市場需求將達(dá)到100萬臺/套以上，市場規(guī)模在1000億元以上。面對如此大規(guī)模的未來市場，我國也已將人機(jī)協(xié)作機(jī)器人列入國家相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略，大力推動(dòng)其相關(guān)技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)業(yè)化工作，這使得我國有望在未來的國際機(jī)器人產(chǎn)業(yè)競爭中搶占先機(jī)。

　　人機(jī)協(xié)作機(jī)器人需攻克的關(guān)鍵技術(shù)

　　（1）人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的安全設(shè)計(jì)

　　當(dāng)前機(jī)器人產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺乏有效的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常是產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)束后，才開始考慮產(chǎn)品的安全性能，往往需要修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而造成了研發(fā)周期嚴(yán)重滯后和成本增加。開展人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的安全設(shè)計(jì)方法研究，可為企業(yè)在設(shè)計(jì)開展階段提供安全設(shè)計(jì)指導(dǎo)，提高產(chǎn)品開發(fā)的成功率，縮短研發(fā)周期，節(jié)約研發(fā)成本。

　　（2）人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的人機(jī)安全協(xié)作與操作技術(shù)

　　人機(jī)安全協(xié)作與操作是人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的主要功能與特點(diǎn)之一，要求機(jī)器人在拖動(dòng)示教和運(yùn)行過程保證操作人員的安全，需要提出相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評估方法，評估的內(nèi)容不僅包括機(jī)器人系統(tǒng)本身，還包括工作空間等所處的周圍環(huán)境。

　　（3）人機(jī)協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)的故障診斷與運(yùn)行維護(hù)技術(shù)

　　現(xiàn)有的機(jī)器人缺乏在線故障診斷，長期運(yùn)行維護(hù)成本高。通過研究人機(jī)協(xié)作機(jī)器人故障診斷技術(shù)，可有效地檢測機(jī)器人各關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)器人及控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對于可能發(fā)生的故障進(jìn)行提前預(yù)警，從而延長機(jī)器人的使用壽命，減少生產(chǎn)線的故障停機(jī)時(shí)間。

　　（4）基于人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)集成技術(shù)

　　智能制造的未來是構(gòu)建具有可重構(gòu)及自適應(yīng)性的柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)，傳統(tǒng)的機(jī)器人由于應(yīng)用不靈活、編程復(fù)雜而無法勝任。通過攻克人機(jī)協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)，可規(guī)范人機(jī)協(xié)作機(jī)器人與末端作業(yè)工具、生產(chǎn)線其他自動(dòng)化設(shè)備和各種傳感器的物理與信息接口，為柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成提供技術(shù)支撐。

　　未來市場分析及推廣應(yīng)用前景

　　人機(jī)協(xié)作機(jī)器人未來具有比傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人更加廣泛的應(yīng)用市場。從機(jī)器人發(fā)展以及市場需求來看，能與工人進(jìn)行“對話”的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人其發(fā)展空間要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)意義的工業(yè)機(jī)器人。與傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人相比，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人安全、易用、實(shí)用，特別適合小批量、多批次的生產(chǎn)場合，尤其是機(jī)器人主體采購之后的后續(xù)投資所占比重遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，這些優(yōu)點(diǎn)使得人機(jī)協(xié)作機(jī)器人被越來越多的用戶所接受，其應(yīng)用前景廣泛。

　　能與人進(jìn)行更多的互動(dòng)、溝通，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人更具“智慧”，更能夠適應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的多變性，靈活快速地在不同應(yīng)用場景中切換，像人一樣完成任務(wù)。不同規(guī)模和行業(yè)類型的制造商都能享用部署便捷、易于采用和靈巧多樣的自動(dòng)化解決方案，提高生產(chǎn)的靈活性，降低成本和推動(dòng)創(chuàng)新。

　　從應(yīng)用領(lǐng)域看，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人主要應(yīng)用在3C、汽車電子、金屬加工等行業(yè)生產(chǎn)線上，用于大量重復(fù)的人工裝配、測試等工位，這些領(lǐng)域要求機(jī)器人成本低、應(yīng)用靈活、與人協(xié)作安全，傳統(tǒng)機(jī)器人與傳統(tǒng)自動(dòng)化難以應(yīng)用。

　　未來5-10年，隨著人工成本的增加及小批量多品種柔性定制生產(chǎn)的需求，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人將會(huì)得到爆發(fā)性的增長。國際知名投行巴克萊銀行預(yù)測，預(yù)計(jì)到2020年，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的年銷售量將達(dá)到15萬臺，接近目前傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的市場份額，而到2025年，這個(gè)數(shù)字將達(dá)到70萬臺，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)機(jī)器人的市場銷量。

　　我國已開展我國人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)研究與系列產(chǎn)品研發(fā)，建議制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，加快國產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)我國機(jī)器人企業(yè)占領(lǐng)千億級的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人市場，使我國制造業(yè)機(jī)器人核心裝備不再受制于人，對于提高我國人機(jī)協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品和市場的競爭力具有重大作用和重要市場價(jià)值。