人机协作机器人是能够在与人类直接接触的环境中安全工作的机器人。与传统工业机器人需要在安全围栏内工作不同，协作机器人具有内在的安全性，可以与人类肩并肩工作。协作机器人的出现解决了许多传统机器人难以适用的应用场景，如小批量生产、柔性装配、人机混合工作等。了解协作机器人的安全技术和应用方法，对于推动人机协作具有重要意义。

　　协作机器人的安全标准是设计和应用的依据。国际标准ISO 10218和ISO/TS 15066规定了协作机器人的安全要求。ISO 10218分为两部分，分别规定了机器人和机器人系统的安全要求。ISO/TS 15066是协作机器人的技术规范，详细规定了协作操作的安全要求。标准定义了四种协作模式：安全级监控停止、手动引导、速度和分离监控、功率和力限制。

　　安全级监控停止是指机器人在人类进入协作区域时停止运动。这种模式需要安全传感器监测人员位置，当检测到人员进入时触发机器人停止。安全传感器可以是安全光幕、安全激光扫描仪、安全相机等。安全级监控停止适合不需要频繁人员进入的场合。

　　手动引导是指操作人员通过手动方式引导机器人运动。机器人配备力传感器或力矩传感器，检测操作人员的引导力。手动引导适合示教编程、物料搬运等应用。手动引导需要考虑操作人员的力量限制，设置合理的引导速度和加速度。

　　速度和分离监控是指机器人根据与人员的距离调整速度，保持安全距离。这种模式需要实时监测人员位置，计算与机器人的距离。当距离减小时，机器人减速；当距离小于阈值时，机器人停止。速度和分离监控可以实现较高的人机交互效率。

　　功率和力限制是指机器人的功率和力被限制在对人体安全的范围内。这是协作机器人最本质的安全特性。ISO/TS 15066规定了人体各部位的最大允许压力和力值。协作机器人通过设计实现低惯量、低速度、低功率，或通过传感器检测碰撞力并停止运动。功率和力限制使机器人可以与人员直接接触工作。

　　碰撞检测技术是实现功率和力限制的关键技术。常用的碰撞检测方法包括关节力矩传感器检测、电机电流检测、电子皮肤检测等。关节力矩传感器可以精确检测外部力矩，但成本较高。电机电流检测利用电机电流估算力矩，成本低但精度有限。电子皮肤覆盖在机器人表面，可以检测碰撞位置和力度。碰撞检测的响应时间应足够快，在人体受到伤害前停止机器人。

　　力控技术是协作机器人的核心技术。力控技术使机器人能够感知和响应外部力，实现柔顺操作。力控技术可以用于装配、打磨、抛光等需要接触力的应用。力控的实现依赖于力传感器和控制算法。常用的力传感器有六维力传感器和关节力矩传感器。阻抗控制和导纳控制是常用的力控算法。

　　协作机器人的选型应考虑多种因素。负载和臂展是最基本的参数，应满足应用需求。重复定位精度影响作业质量。协作机器人的精度通常低于传统工业机器人，但对于大多数协作应用足够。安全性能是选型的关键，应确认机器人符合相关安全标准。易用性影响编程和维护效率，协作机器人通常具有直观的示教方式。

　　协作机器人的典型应用场景包括物料搬运、装配、检测、包装等。物料搬运是最常见的应用，协作机器人可以与人员协作完成物料的上下料。装配应用中，机器人完成重复性工作，人员完成需要灵活性的工作。检测应用中，机器人携带传感器检测产品质量。包装应用中，机器人完成产品的装箱和码垛。

　　某电子制造企业在小型产品装配线上应用了协作机器人。原装配工作全部由人工完成，劳动强度kaiyun网页版大，质量不稳定。引入协作机器人后，机器人完成螺丝锁附、零件安装等重复性工作，人员完成需要判断和调整的工作。协作机器人无需安全围栏，与人员共享工作空间。改造后生产效率提高了百分之三十，产品质量一致性明显改善。

　　风险评估是协作机器人应用必须进行的工作。风险评估应识别所有可能的危险源，评估风险等级，采取相应的防护措施。危险源包括碰撞、挤压、剪切、夹持等。风险等级取决于伤害的严重程度、发生的可能性和避免的可能性。防护措施应从本质安全设计、安全防护装置、使用信息等方面综合考虑。

　　协作机器人的发展趋势是更高的智能化和更广泛的应用。人工智能技术将使协作机器人具有更强的环境感知和自主决策能力。更轻量化的设计将拓展协作机器人的应用范围。更多的末端工具选择将丰富协作机器人的应用场景。协作机器人将成为智能制造的重要组成部分。

　　综上所述，人机协作机器人是工业机器人的重要发展方向。协作机器人的安全技术和应用方法是发挥其价值的关键。设计人员和应用人员应深入理解协作机器人的安全标准和安全措施，进行科学的风险评估和应用设计。通过正确的设计和应用，协作机器人可以与人类安全协作，提高生产效率和工作质量。

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