協作機器人真的安全嗎？
日前，國際知名創投調研機構 CB Insights 發布了一份協作機器人產業報告：《Smaller Collaborative Robots Are Disrupting The Robotics Industry》。CB Insights發現，協作機器人在製造業、電子商務、農業和食品飲料的需求呈現爆炸性增長。
更有業內人士指出，相比於笨重、危險，僅適用於大型環境的傳統工業機器人，協作型機器人正在克服挑戰，顛覆機器人產業。 在下一個十年，將迅猛增長成為100億美元市場。
在2018世界機器人大會上，國評中心（總部）技術專家藺道深就《協作機器人標準體系分析和測試方法研究》主題做了精彩彙報。
今天，我們將結合藺先生的報告，從安全和標準的角度出發，探討協作機器人的未來發展。
機器人的協作方式
在較早的ISO 10218標準中，按照協作程度從低到高，提出了四種人機協作方式，分別是：
①Safety-rated monitored stop （安全級監控停止）
②Hand guiding （手動引導）
③Speed and separation monitoring （速度和距離監控）
④Power and force limiting （功率和力限制）
其實，傳統機器人在配備合適的安全控制器/安全選項的情況下，可以實現1~3的協作方式，但前3 種方式在某種意義上講更像是一種被動手段，並不允許人與機器人進行直接接觸（Physical Contact）。
真正讓協作機器人在產品設計上區別於傳統機器人的是第④種更為本質、更為高級、更為安全的協作方式：Power and force limiting （功率和力限制）。
協作機器人真的安全嗎？
與傳統工業機器人必須在結構化和確定性的環境中工作相比，基於第④種協作方式設計的協作機器人，對本身所能輸出的能力和力進行限制，從根源上避免傷害事件的發生，理論上可以在高度非結構化和隨機環境中工作。
這也正是製造商們需要的：結合工人的柔性以及機器人的高生產力，讓生產線發揮最大的作用。
唯一需要擔心的就是：如何確保協作機器人在動態不確定環境中的高效安全運行？換言之，協作機器人真的安全嗎？
標準缺失將導致市場混亂
據了解，即使同樣採用第④種協作方式對功率和力進行限制，市場上各家協作機器人廠商在實現人機協作的安全性技術上也有所不同。
以優傲和ReThink為例：優傲通過專利感測器和軟體技術幫助其實現功率和力的限制功能；ReThink則通過串聯彈性驅動器SEA，將力矩控制轉化為彈簧形變數控制，能夠實現更精確的力矩控制。
那麼，到底哪種技術更為可靠？究竟把功率和力的大小限制到何等程度才算是安全呢？
長期以來，機器人行業標準里有關機器與人之間如何安全交互的內容一直缺失，大部分都是「機器人出廠前，應進行安全評估以保證人員安全」之類的模糊描述。
沒有公認與統一的標準，是否安全全憑企業自說自話。長此以往，必將導致協作機器人市場魚龍混雜，良莠不齊。
汽車也曾經不那麼安全
以汽車為例，起初汽車安全全部靠廠商自己說，沒有公認的事實，也沒有打分標準，一直是一個灰色地帶。用他們的說法就是：「車又不是用來撞的」。
這種情況一直到車輛安全性測試的機構EuroNCAP成立，它第一次明確了車輛安全測試標準，併購置了當時的熱銷的幾款汽車進行公開碰撞測試。
第一次碰撞試驗的結果有些出乎意料，在滿分4顆星的測試中，大部分車型都只得到了兩顆星。這一撞，也引發了全世界汽車的安全革命。
從那時起，製造商開始將安全當成了汽車設計最重要的項目之一，消費者也開始瘋狂追求安全性高的汽車。只要汽車的安全性足夠好，那它的銷量就會得到保證。
據外媒統計，自1997年以來，EuroNCAP的出現拯救了超過7.8萬人的生命。它使安全成為汽車生產商和消費者首先考慮的生產和購車因素之一。
從汽車身上可以看到標準的引領力量：標準的進步促使廠商修改了產品需求和設計目標，從而為消費者提供更為安全的產品。
協作機器人也需要碰撞試驗
針對上述標準缺失問題，從去年5月起，工信部已經開始針對協作機器人安全、電磁兼容和故障診斷3個方向，開展需求調研，計劃編製《協作機器人力和能量傳遞測試方法》。
既然協作機器人強調的是「人機」協作，那麼很自然我們可以想到： 機器與人發生碰撞時，能夠保證人體不受疼痛/傷害影響，才是安全的。
在協作機器人測試時，需要考量諸多因素，比如測試點的選取、機器人姿態選取、人體模型設置等等。
在世界範圍，第一個協作機器人碰撞標準是ISO/TS 15066，他們認為符合碰撞標準的機器人能量最大值可以根據人類的疼痛閾值（pain sensitivity thresholds）計算出來。
ISO 15066招募了100名身體健康的成年實驗對象，分別對人體29個區域進行單獨的疼痛測試，最終得到一系列在設計、部署機器人時的限制數據，用於指導機器人的開發和使用。
新標準還需要更加細化和完善
但是，ISO 15066具有較大的局限性，僅僅集中在某些學科領域範圍內。相對於機器人這樣一個比較確定的系統，「人」的因素就顯得非常多變。
同時，ISO 15066提供的碰撞標準相對來講也比較簡陋，對實際情況做了很多理想的假設和簡化，這也是未來新的標準需要細化完善的地方。
結語
CB Insights認為協作機器人將引領機器人行業的下一個十年，確實，它有一個很好的內核-人機協同。協作機器人也為整個機器人行業注入了新鮮的血液，被譽為「走出籠子的工業機器人」。
但當前，國內協作機器人領域還處於一個非常低級的階段，市場也尚在培育。協作機器人的出現讓一部分客戶誤認為，使用了協作機器人之後就不再需要進行安全評估和採取相應的防護措施，這會導致嚴重的後果。
我們在把協作機器人徹底放出「籠子」前，一定要確保它已經足夠安全。
不久前，「必傑諮詢」也曾深入調研協作機器人市場，對多位行業專家和從業者進行訪談，對產品、行業進行全面的梳理，有興趣了解更多的朋友歡迎點擊閱讀：協作機器人市場研究報告——市場尚處培育階段，國產廠商大有可為
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