遠離硅谷及亞洲電子產業中心的地方，一個擁有許多靈魂的小創業公司正在掀起波瀾。在伊利湖東端，一個由丹麥移民創辦的公司正在布法羅市中心的所有地方建造移動計算機。

在美國平板制造廠商Bak的廠房里，5名技術人工坐在半月形的工作站里從頭開始組裝筆記本電腦和平板。僅一臂之遙的地方，一個拿著螺絲刀的機器人正在協作裝配。這是一個成立三年的初創公司，擁有100名員工和一臺機器人。有什么可能性？隨著人機協作的發展，他們在增長，中小企業也注意到了這一點。

我們馬上就意識到這家公司不一般。Bak家族有一個愿景，為地球上的每個人提供移動技術，可謂相當雄心勃勃。但是這家初創企業一次規劃一個社區的路徑，并以千年品牌的社會責任引導。他們還有一些重量級的合作伙伴，包括微軟、Intel以及Esri。

致力于高質量和可承受的價格，Bak USA為K-12教室開發了2合1筆記本電腦，并相信每個學生都有權獲得高科技學習機會。他們還為普通工人制造了堅固的平板電腦，無論他們在工廠、建筑工地，還是我們這些身為藍領的男男女女。

一直以來，Bak USA堅信照顧他們的“工人階級”。以人為本的商業模式意味著他們始終把員工放在第一位。

一家非傳統的公司如何做到這一點呢？他們的選擇是機器人。不僅是他們的第一臺機器人，而且是他們在生產車間的第一個嚴謹的自動化程序，不僅僅是機器人。那是一個脫離傳統工業機器人的安全“牢籠”的新型機器人，這種顛覆性技術將實現成倍增長。

協作機器人運動

這是Bak USA的新領域。他們一直把人放在第一位?，F在他們正在推出一款機器人。事實證明，他們可以幫助播種。

EWI運營的布法羅制造廠是由紐約州倡導建立的一家工程咨詢機構。Bak USA利用他們幫助初創公司評估他們的開箱即用解決方案的生產流程。

他們是否在箱子外面？

Bak USA高級制造總監Matt Malloy表示，“沒有任何事情是不能解決的。我們研究了從能擰螺絲的AMR（autonomous mobileRobot，自主移動機器人），到穿過建筑物的飛行無人機。”

這是布法羅制造廠要引入協作機器人的想法。

Malloy說，“我們研究了我們整個業務的方方面面，看看哪里能產生最大的影響？我們有一支很好的領導團隊，非常喜歡說我們在這個行業是新的，我們想產生影響，我們想在這里工作的每個人都做得好，我們想讓大家的工作令人興奮、有趣和舒適，所以我們愿意去探索。這是一家公司的好處，它在技術和社交方面都非常強大。”

Bak USA的社會使命是他們所做的一切背后。他們希望減輕技術人員的人機工程學挑戰，同時提高生產效率，使他們能夠繼續為年輕人和員工制造高質量，價格合理的電子產品。

Malloy解釋道，“你可以想象一下，整天的工作都是跟電子產品上的微小螺絲打交道，試圖用手指拿著它們放在螺絲刀的頂端，并放到合適的位置上，擰緊。這是整個流程中非常困難的一部分?！?/p>

Kawasaki duAro雙臂SCARA機器人可以輕松完成這道工序，經過幾個月的測試后，該系統現已全面投入生產。

生產過程還包括圍繞機器人而坐的技術人員。每個技術人員在自己的工作站內從頭到尾構建一個計算機設備。當設備準備好螺釘時，技術人員啟動一個快速過程，將設備穿梭至機器人。機器人將螺釘插入并將其擰緊，然后將設備送回技術人員手上，以便在需要時進行額外組裝。

由于可能有五名技術人員在任何給定的時間向機器人提供設備，如果機器人忙于在一個設備中安裝螺釘，另一個設備就在提示中等待輪到它。同時，技術人員可以建造下一個設備。

雙臂機器人的每個手臂都配備了攝像機以及力矩反饋電動螺絲刀。機器視覺用于確認螺釘在組件中的位置，并確定哪種尺寸的螺絲適合哪種設備。螺旋給料機向機器人傳遞螺絲。

執行相同的操作，機器人肯定比人類快，但Moalloy說這不是考慮的關鍵因素，他表示，“更重要的是，機器人替代了設備組裝過程中工作不想做的步驟?！?/p>

Bak USA研究了多個協作機器人系統之后，最終選擇了duAro機器人，主要在于它的精確性，小型化和內在安全性。

Malloy認為，“duAro是一個很好的選擇，這個雙臂機器人真的非常好?？梢砸淮翁幚韮膳_設備，或以各種方式運行。控制系統、傳感器和系統反饋非常好。并且，機械臂上都有柔軟的物質包裹，即使你碰上它，也只是像撞到一個靠墊上而已?！?/p>

以人為本，安全第一

KawasakiRobotics（USA）公司的產品和先進工程總監Samir Patel表示，duAro機器人符合ISO 10218和ANSI/RIA 15.06協作機器人安全標準。

Patel解釋說，“為了達到最高級別的安全性，Kawasaki有一個名為Cubic-S的硬件和軟件包，用于監控每個手臂的工作空間和速度。”

根據Patel說，低功率電機的功率不到80瓦，加上柔軟的機身和速度，力量以及工作區域監控功能，使得duAro能夠與人類進行安全協作。碰撞檢測功能可在發生碰撞的瞬間立即停止機器人的運動。

Bak USA最初擔心安全問題，主要是因為該技術的新穎性。他們與外部公司合作幫助評估安全性并為其員工提供培訓課程。Malloy表示，他們可能在安全方面過于注重。

“現在，為了保證安全，我們在每個工作站前都安裝了光幕。我們還在每個工具背后都配備有安全墊，所以即使它是一個協作機器人，人們也無法接近它。 我們有安全控制的雙重接觸點，所以沒有人可以用他們的雙手來裝載或卸載設備。”

如果有人或物體穿過光幕或觸發安全墊，機器人立即停止。

Malloy說，“布法羅制造廠已經能夠以這樣一種方式為我們開發系統，以便快速重置。根據我的經驗，無論何時觸發互鎖或類似事情，將其恢復到運行狀態始終是一個復雜的過程。在這里，他們已經考慮過安全和易于使用，并且易于排除故障?！?/p>

易于使用是我們聽到關于協作機器人的一個共同話題。對于很多人來說，“示教”已經取代了編程。

易于示教

Kawasaki為duAro提供了三種編程選擇。其中示教功能，只需要抓住機器人的一只手臂并將其移動到所需的位置，然后在編程平板電腦上記錄該位置。重復這些步驟設置每個點從而形成一個完整的路徑。

第二種方法是使用Android平板電腦，該平板電腦無線連接到duAro機器人控制器，以控制機器人的關節、基座或工具坐標點動。第三種方法是為高級用戶編寫復雜的應用程序。可以將筆記本電腦連接到duAro控制器，使用Kawasaki先進的基于文本的AS語言對機器人進行編程。

體驗了第一種方法的便捷之后，Malloy說他很難想象通過示教器來示教機器人，而這是大多數傳統工業機器人的編程方法。

duAro的另一個優勢是可以讓兩只手臂獨立完成不同的任務，或者協調一起完成一項任務。Kawasaki的Patel提供了電子制造業的一些常見案例。

“在許多電子組裝應用中，為了在裝配前進行精確定位，必須固定母件。使用duAro，一只手臂可以將母體部件固定在特定位置，而另一只手臂可以完成組裝，例如螺絲固定或膠合?！?/p>

手臂還可以協調承載更大的負載，例如印刷電路板。通過機器人的同軸設計，兩個臂共用一個共同的軸，即關節1，因此它們可以完全從機器人的前部旋轉到后部。每只手臂可以處理2公斤的有效載荷。通過協調，他們可以承載4公斤。Bak USA根據其生產要求獨立或根據需要以協調的方式使用雙臂功能。

人機協作

Bak USA成功采用協作機器人是由于他們的員工早期就參與進去了。甚至在啟動這個項目之前，他們就讓技術人員參與其中。

Malloy說，“我們與布法羅制造廠密切合作，我們讓他們與我們的技術人員一起工作，了解我們的流程，以及哪些是有效的，我們確實提出了一些典型的問題，比如為什么要添加一個機器人，這對我的工作意味著什么？但是我們讓整個過程中的每個人都處于流程中?！?/p>

“我們曾多次讓他們參與其中，即使它讓人們用協作機器人拍照一樣簡單。當它到達這里時，大家很興奮。第一天他們在使用它時，還會問，下一次是什么時候來的？當我們第一次看到這個東西在運行時，你甚至都無法想象工人們臉上的笑容，而那五個人都很興奮，他們就是這樣做的?！?/p>

揭幕式確實成了全公司的慶典。

項目非常成功，以致Bak USA又訂購了兩臺duAro機器人。

Malloy說：“第一天使用就超出了我們的預期。很快就打破了內部記錄。我們現在正在調試我們的第二個和第三個系統?！?/p>

在過去的12個月里，Bak USA的規模幾乎翻了一番，增加了48個新的就業機會。這兩個額外的機器人將增加使用該系統的技術人員的數量。

“我們有更多的人在生產車間?，F在我們有足夠的人員來運行這三個系統，并且我們仍在招聘。”

協作自動化的未來

至于未來，Bak USA計劃花一些時間改進現有系統。Malloy說，他們已經從這個過程中學到了很多東西，特別是可以增加系統或改變它以使其變得更好。

“剛開始時，我們都是純手工打造，那時候沒有協作自動化。現在我們要重新思考如何設計產品，以考慮這些自動化功能的設計。”

Bak USA最大的挑戰之一，你可能會感到驚訝。

Malloy說，“duAro的工作很棒，系統集成也非常有效。但是一些看起來很瑣碎的事情，比如試圖在螺絲刀移動時讓它的末端一直保持著一個小螺絲釘，對于我們來說，反而是最具挑戰性的事情之一。”

但Bak USA得到的最大教訓是什么？

“如今，每個人都說，他們的工作將被機器人取代。我們想證明那不是必然的。我們希望向業界表明，通過某種方式，人類可以加入自動化流程中，也可以創造新的工作，并且讓工作環境更好。我們所學到的最重要的正面教訓不在于技術，而在于我們向自己證明，你可以做到這一點?！?/p>

Bak USA的案例證明機器人不是要將所有人都取代，工人可以和自動化共存。人類可以和機器人一起安全地工作，不只是作為同事，而是作為合作者。

協作自動化也正在進入汽車總裝，這是一個高度手動的領域。使用FANUC CR-35iA協作機器人（如前面大圖所示），它具備35公斤的有效載荷能力，Esys Automation開發了一種協作機器人系統，將聚氨酯應用于汽車后方玻璃。

客戶需要機器人聚氨酯應用的一致質量，但在操作員和機器人之間采用傳統安全防護的封閉式電池缺乏足夠的地面空間。Esys能夠將占地面積減少一半，并創建一個操作員與協作機器人攜手合作的過程。

這些協作機器人是六軸的，有效載荷甚至遠大于35kg，都有力限制，可以跟人安全地工作。這些類型的特種工業機器人對其速度和可施加的力量及其可處理的有效載荷具有內在的限制。在大多數情況下，這些機器人可以靠近或直接與人類工作，而無需安全柵欄或其他外圍安全設備。

然而，人機協作不僅僅是為協作機器人考慮的，高負載和高速機器人也可以加入進來，只不過需要在安全圍欄外考慮。

重型機器人，更多合作者

VeoRobotics聯合創始人兼工程副總裁Clara Vu說，“我們相信人類和機器人具有非常強大的互補性，通過讓他們協同合作可以實現很多目標。在整個制造過程中，人的靈巧性、判斷力和靈活性可以與機器人的強度、速度、精度和可重復性有效結合起來?！?/p>

Vu表示，“功率和力量限制機器人顯然是一個重要步驟，但他們只解決了一個問題。我客戶向我們提供應用場景，例如，他們希望機器人拿起沉重的部件，并對其進行操作時在工作人員幫助下將其放在特定位置?！?/p>

Vu認為需要一個能夠利用標準工業機器人難以置信的功率、速度和亞毫米級精度的系統，但有能力與人們協同工作。Veo的聯合創始人的目光瞄準了這一需求。

該公司成立于2016年，獲得了西門子風險投資公司（現在的next47）的種子基金。去年10月，他們獲得了GV（原谷歌風險投資公司）和Lux Capital的A輪融資1200萬美元。

Veo試圖通過幫助機器人更好地感知周圍環境并“理解”工作單元中發生的事情，來彌合人與機器人之間的差距。

“例如，我們的系統與建立激光掃描儀的方式不同，例如將其連接到功能安全單元，是因為我們的系統了解工作單元中正在發生的事情，并了解機器人本身在做什么。我們正在以3D的方式做到這一點，這使得系統更加靈活，并能夠對有人伸出手而不是進入工作單元做出反應。“

Veo的系統是一個軟硬件結合的解決方案，Vu解釋說。

“我們的系統硬件由定制的、安全的飛行時間（ToF）傳感器組成，這些傳感器將數據發送到運行計算機視覺和機器人控制算法的高性能嵌入式計算機上。計算機駐留在工作單元內，并直接與機器人控制器通信?！?/p>

該系統適用于目前市面上主要制造商的機器人。它將配備四種深度的ToF相機，Veo希望覆蓋大多數制造工作單元應用，盡管Vu表示他們正在構建系統，以便在更復雜的環境中配置多達8臺相機。

“我們的系統可以跟蹤現場的機器人、工件和工人，并根據這些物體的位置確定是否安全。”

更重要的是，如果攝像機的視圖由于某種原因被遮擋，則系統默認為最安全的位置。 如果可以確定機器人的運動是安全的，則系統只允許機器人移動。

Veo已經與包括汽車制造商及其一級供應商在內的眾多合作伙伴合作。他們也在研究物料傳送、金屬制造和家電制造領域的應用，但人類和機器人仍然傾向于分離。

Vu說，“現在，當制造工程師設計一個流程時，他們會考慮這是一個手動流程還是一個自動化流程？我們真正希望他們能夠做到的事情，以及我們所看到的全面需求，就是說，這個過程的哪些部分應該由一個人完成，哪些部分應該由機器人來完成。”

這是人機協作的精髓。利用各自的獨特優勢，將它們結合在一起，得到最優解。協作機器人以最佳的方式在工廠車間里發揮作用。

外骨骼背心

還有什么比穿在你身上的機器人更協作的呢？外骨骼與人類有著最親密的關系。超越這種協作水平的唯一設備是在機體內部工作的機器人醫療設備。

現在我們來看看工業環境中的的外骨骼。福特汽車公司的裝配線工作人員正在穿戴EksoVest，這是Ekso Bionics公司在加利福尼亞州里士滿市制造的上半身外骨骼。

你可能不會把外骨骼想象成機器人，尤其是像EksoVest那樣無動力的外骨骼。 但全球的研究人員正在不斷探索更經濟、更輕、更安全并且無動力的替代驅動方式。

ABI Research在其關于機器人外骨骼的報告中包括無動力外骨骼，預計到2025年市場將達到18億美元。工業外骨骼預計將成為最強勁的增長點。

Ekso為工業領域提供無動力的外骨骼，并為康復應用提供動力外骨骼。Ekso為無動力的外骨骼提供了一個很好的例子，特別是對上半身的支持。

“從根本上說，外骨骼必須是協作性的，因為你將一個設備放到人體上，如果他們不能一起工作來完成預定的任務，人類會拒絕該設備，”Ekso用戶體驗經理Claire Cunningham說。

她接著解釋道，“我們希望補充和支持用戶完成他們想要完成的任務，而不是阻礙他們。尤其是使用EksoVest，這是專為全天使用而設計的。我們有人在汽車生產線上每天穿8小時，所以舒適度至關重要。將力量推向人體并使其舒適，這是一項非常艱巨的挑戰?！?/p>

EksoVest旨在提升和支持工人的手臂，以協助完成從胸部以上高空作業的任務。背心重量不足5公斤，但你不會感覺到增加的重量，因為它分布在身體的不同部位。它支持每條手臂6.8公斤。

Cunningham說，“你穿上它時，根本不會想到它。腰帶可將設備的許多重量轉移到使用者的臀部和骨盆中，這里可以承受這種重量。同樣背包背帶和袖口袖帶引導來自執行器和彈簧系統的力，然后以非常有戰略意義的方式將其傳遞到手臂。您可以將一把工具放在手中，重量不超過6.8千克，并且可以整天拿著都不是問題。”

可穿戴協作機器人

Ekso很快指出，他們的背心不是一個提升攜帶輔助裝置。 這并不意味著給你超人的力量，這是對許多外骨骼常見的誤解。

Cunningham解釋道，“這是一種‘馬拉松’設備而不是動力提升設備。它有助于提升你的耐力，使用幾天后你會真正注意到這個好處。你會有更多的精力，你的手臂會更輕松，你感覺會更好。我們使用此設備的目標是防止在全天工作的工作現場一些常見的傷害?！?/p>

當你開始舉起你的手臂時，機械執行器將會啟動并開始為你的手臂提供一點助力。應用包括任何類型的重復架空工作，如汽車裝配線上的車身底板鉆孔或排氣系統安裝。背心還可用于施工環境中，例如工人完成架空和電氣工作、工業油漆、隔音板天花板安裝和工業打磨。

在過去將近一年的時間里，福特一直在測試EksoVest，并測試了該設備的所有不同迭代。Cunningham表示，與福特的合作關系為外骨骼在工業中的工作提供了有用的見解。

“我們已經收到了福特以及其他測試者的反饋，并將其納入設計變更中。現在我們正致力于將這些背心推向市場?！?/p>

EksoVest還可以個性化，包括腰帶、手臂袖口和背包肩帶在內的柔軟物品都有不同的尺寸。您還可以通過調整執行器內的彈簧來改變提供給用戶的力量。

EksoVest項目首席工程師Kevin Dacey解釋說，“我們還可以獨立地調整執行器。例如，如果工人在汽車生產線的汽車底板上鉆孔，他們可以一手拿鉆，另一只手拿螺母和螺栓，因此，他們可能會希望一只手力大，另一只手力小些?！?/p>

顯然有一些智能設計融入這個設備，但它純粹是機械的。與目前的工業機器人不同，這些是無源裝置。沒有電機，也沒有電。

Dacey說，“不是所有的外骨骼都必須是電動的或電池供電的，機械式的更經濟、更耐用。在工業領域，這些工人每周5天，每天8小時穿背心。他們不希望每天晚上都要記得充電?！?/p>

Cunningham解釋說，“跟下肢相比，上肢更需要調動力量。我們的康復外骨骼，它是一個機電設備，它需要一個難以置信的扭矩，使人從坐到站。這幾乎可以秒殺所有機電上肢外骨骼?！?/p>

機器人外骨骼依然是一個很新的前沿領域，Cunningham說，該領域正在不斷發展。

“你會看到更多的機械外骨骼，因為它們更便宜。隨著其價錢不斷下降，越來越多的人將會接受機械外骨骼。機械外骨骼是人們日常生活所需的解決方案。我們預計未來10年內每個家庭都會有一個外骨骼。未來你還可以在本地硬件商店里購買各種材料，DIY一款屬于你自己的外骨骼?！?/p>

機械，機電，液壓，生物啟發……機器人將應有盡有，就像我們一樣。

隊友

在機器人領域呆久了，你對事物的看法也會開始改變。你看到了考驗和失敗，挫折和成功，你的眼睛睜得大大的。你驚嘆于進步，也開始更清楚地了解前方的挑戰之路。

你會敏銳地意識到人體和精神的驚人能力。更令人驚訝的是，你發現自己將機器人歸功于幫助你認識到人類每天擁有的真正獨特的能力并理所當然。我們的創造力、想象力、感知力、敏捷性和令人難以置信的同情心和批判性思維能力。

機器人如何競爭？這不是必須的，我們作為一個團隊將變得更強大。