简介

未来的智能工厂是人与机器和谐共处所缔造的，这就要求机器人能够与人一同协作，并与人类共同完成不同的任务。这既包括完成传统的“人干不了的、人不想干的、人干不好的”任务，又包括能够减轻人类劳动强度、提高人类生存质量的复杂任务。正因如此，人机协作可被看作新型工业机器人的必有属性

主要优势

人机协作给未来工厂的工业生产和制造带来了根本性的变革，具有决定性的重要优势：

①生产过程中的灵活性最大 。

②承接以前无法实现自动化且不符合人体工学的手动工序，减轻员工负担 。

③降低受伤和感染危险，例如使用专用的人机协作型夹持器 。

④高质量完成可重复的流程，而无需根据类型或工件进行投资。

⑤采用内置的传感系统，提高生产率和设备复杂程度。

基于人机协作的优点，顺应市场需求，更加灵活的协作型机器人成为一种承担组装和提取工作的可行性方案。它可以把人和机器人各自的优势发挥到极致，让机器人更好地和工人配合，能够适应更广泛的工作挑战。

主要特点

协作机器人的主要特点有 ：

1.轻量化

使机器人更易于控制，提高安全性 。

2.友好性

保证机器人的表面和关节是光滑且平整的，无尖锐的转角或者易夹伤操作人员的缝隙。

3.感知能力

感知周围的环境，并根据环境的变化改变自身的动作行为。

4.人机协作

具有敏感的力反馈特性，当达到已设定的力时会立即停止，在风险评估后可不需要安装保护栏，使人和机器人能协同工作。

5.编程方便

对于一些普通操作者和非技术背景的人员来说，都非常容易进行编程与调试。

人机协作

智能制造的发展离不开机器人。发展智能机器人是打造智能制造装备平台、提升制造过程自动化和智能化水平的必经之路。

1959年，美国人制造出世界上第一台工业机器人，此后，机器人在工业领域逐渐普及开来。随着科技的不断进步，特别是工业3.0的到来，广泛采用工业机器人的自动化生产线已成为制造业的核心装备。

但是，在智能制造时代，为了应对消费者日益增长的定制化产品的需求，智能工厂需要在有限空间内，充分利用现有资源，建设灵活、安全、可快速变化的智能生产线，为适应新产品的生产，更换生产线,缩短产品制造时间，需要灵活快速的生产单元来满足这些需求，并提高制造企业产能和效率，降低成本。因此，智能机器人会成为智能制造系统中最重要的硬件设备。某种意义上说，智能机器人的全面升级，是新一轮工业革命的重要内容。但在某些产品领域与生产线上，人力操作仍不可或缺，比如装配高精度的零部件、对灵活性要求较高的密集劳动等。在这些场合人机协作机器人将发挥越来越大的作用。

所谓的人机协作，即是由机器人从事精度与重复性高的作业流程，而工人在其辅助下进行创意性工作。人机协作机器人的使用，使企业的生产布线和配置获得了更大的弹性空间，也提高了产品良品率。人机协作的方式可以是人与机器分工，也可以是人与机器一起工作 。

不仅如此，智能制造的发展要求人和机器的关系发生更大的改变。人和机器必须能够相互理解、相互感知、相互帮助，才能够在一个空间里紧密地协调，自然地交互并保障彼此安全。

在制造业转型升级的时代洪流中，智能机器人将越来越深入我们的工作与生活。如果忽视了智能机器人的研发与推广，整个《中国制造2025》发展战略可能会从根基上动摇。而人和设备、机器在一起工作的人机协作模式，可以提高企业效率、加强质量控制、增强生产的灵活性，可以减少物流线的成本，让制造企业更靠近市场。机器人是智能制造的支撑设备，而人机协作将成为下一代机器人的本质特征。

研究现状与发展趋势

人机协同系统经历了遥步积累、渐进发展的历程，尤其是最近的30年，随着人工智能的不断发展，人机协同系统也步入了发展的“快车道”。人机协同系统经历了数十年的发展，在很多领域已经取得了良好的应用效果与经济效益。以下，以新近出现的协同式专家系统、计算机集成制造系统为例来进行说明。

协同式专家系统

当前存在的大部分专家系统(计算机等)，在规定的专业领域内，它是一个“专家”，但一旦超出特定的专业领域，专家系统就可能无法工作。协同式专家系统正是为了克服一般专家系统的局限性而逐渐发展起来的。20世纪80年代中叶，随常识推理和模糊理论实用化及深层知识表示技术的成熟，专家系统开始向着多知识表示、多推理机的多层次综合型转化。协同式专家系统立足于纠正传统专家系统对复杂问题求解的简单化，开始追求深层解释和推理，实现原则是技术互补，起始于单纯的知识表示和推理方法的结合，并逐渐发展到专家系统结构上的综合。

该系统能综合若干个相近领域或一个领域多个方面的分专家系统相互协同工作共同解决一个更广泛的问题。在研究复杂问题时，可将确定的总任务分解成几个分任务，分别由几个专家系统米完成。各个专家系统发挥自身的特长，解决一个问题再进行子系统的协同，确保专家系统的推理更加全面、准确、可靠。协同式专家系统协同推理解题的过程可分为四个阶段：问题划分、子问题的分配、核心子间题求解和推理结果的综合。这四个阶段是递归的，对于非核心子问题需维续这一过程，而且可能反复“递归-回潮”，直到问题解决为止。协同式专家系统广泛应用于医疗领域，当今的器性肿疾病包括多种，肺癌、胃癌、肝癌、食道癌、鼻咽癌、白血病等。如果针对每一种悉性肿指开发一款专家系统，那么这样的专家系统就只能辅助诊断一种癌症：这显然是人力与资源的浪费。专家们开发出了“沃森医生”( Doctor Watson)及“十大常见恶性肿瘤诊疗专家系统”等协同式专家系统，可很好地辅助医生们诊断出各种不同的癌症，并给出相应的治疗方案医生与专家系统(计算机等)相互协同，不仅节约了医生的时间与精力，而且极大地提高了诊断的准确率，取得了良好的效果。此外，协同式专家系统也广泛应用在医疗诊断、天气预报、化学工程、金融决策、地质勘探、语音识别、图像处理等领域。

计算机集成制造系统

人机协同系统也已经应用在现代制造业中，并取得了很好的成效。在现代制造业中，计算机集成制造系统正在迅速发展起来。计算机集成制造系统由美国学者哈林顿(Joseph Harrington)于1973年首次提出，指的是综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、系统工程技术等，将企业生产全部过程中有关的人、机(计算机、生产及控制设备等)有机集成并优化运行的复杂的大系统。在这样的系统中，人与机器配合工作，各司其职。人主要从事感知、推理、决策、创造等方面的工作；机器则在生产过程的实施与控制方面发挥作用，或者从事由于生理或心理因素人们无法完成的工作。在最近的几十年中，尤其是自1990年之后，美国、西欧、日本、韩国及中因的多家化工、钢铁及机械制造等企业纷纷采用了计算机集成制造系统。据调查表明，多家企业在采用了计算机集成制造系统之后，明显地提高了生产效率、产品质量与设备利用率，并显著地减少了工程设计量，缩短了生产周期，取得了良好的经济效益。以工业生产领域的协同机器人的任务完成过程为例来进行说明。协作机器人旨在协助人类并与人类一同作业且无须使用安全围栏进行隔离，解决人类较难以达成的精确度或让人类远离危险的环境和工作，协作机器人具有协作性、安全性、快速学习、适应能力强、高效和低成本等特点。据国外相关统计数据显示，2014年，协作机器人市场规模约为1亿美元，目前正以每年50%的速度增长。预计到2020年，机器人将形成“人机共融”的新局面。

人类的生产经历了全手工劳动，到半自动、全自动等生产模式，未来必将走进人与机器人的协作时代，并且成为一种常态的工作模式。今天，可能只在生产线的上下料等上下游使用机器人，在装配过程中，采用手工来装配，配合输送带系统，追求单元的精益生产。未来，在生产线中，人与机器人将实现混合搭配，协作型机器人将使用多功能的爪钳，采用引导式的高效编程，提高整个装配系统成本竟争力。多自由度运动学元余机械手与人类一起工作，它们紧凑运动不扰乱工人工作。未来的协作机器人在人机的工作分配方面，将简单重复、劳动强度大的劳动留给机器人，复杂的智力劳动留给人类自己，协作机器人正在打破传统机器人的桎梏，在追求低价、高效、安全和生产多样化的今天或将起一场制造业机器换人的风暴 。

虽然当前人机协同系统已经广泛应用在生产生活等各个方面，已经或正在改变人类的认知世界和改造世界的方式。然而，关于其本身的协同决策及任务有效分配问题的研究却相对比较少，人机协同系统也面临知识获取的技术困境及社会问题。把握人机协同系统的发展趋势与对人工智能的理解存在着一定的关联。人机协同系统的发展，已经很好地实现了或正在实现弱人工智能并取得了丰硕的成果，如目前的各种专家系统。在诸多人机协同系统中，计算机已经很好地完成了人们分配和指定的计算与推理任务，在很大程度上解放了人们的双手和大脑。

强人工智能仍面临很多哲学和现实问题，但是人工智能专家仍在积极努力探索，试图突破各种局限。随着强人工智能的发展，人机推理系统也将不断地发展，将更好地替代人们的工作，把人们从繁重的工作中进一步解放出来，不久的人机协同系统必将实现 。

①人机友好协作。自动化过程仍然需要人，人作为解决方案的一部分，现有的技术不能完全自动化。一个完整的人机协作系统具有更简单的编程，意味着工厂不需要许多工程资源。

②更有效和更美好。安全风险最小、作业空间紧的自动化使得工厂更容易，利用现有场地进行有效生产，人机混搭的协作装配线使得生产节奏更快、更有效 。

③质量更高，浪费更少。人和机器人协同工作超越了人类自身可达的工作精度与速度，使产品质量更高、浪费更少 。

④简化编程技术。引领编程技术，有别于传统复杂性编程。任何人都能掌握无须特殊培训或拥有编程技能。