遠(yuǎn)離硅谷及亞洲電子產(chǎn)業(yè)中心的地方，一個擁有許多靈魂的小創(chuàng)業(yè)公司正在掀起波瀾。在伊利湖東端，一個由丹麥移民創(chuàng)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(shù)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(xié)作裝配。這是一個成立三年的初創(chuàng)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(xié)作的發(fā)展，他們在增長，中小企業(yè)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(shù)，可謂相當(dāng)雄心勃勃。但是這家初創(chuàng)企業(yè)一次規(guī)劃一個社區(qū)的路徑，并以千年品牌的社會責(zé)任引導(dǎo)。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(zhì)量和可承受的價格，Bak USA為K-12教室開發(fā)了2合1筆記本電腦，并相信每個學(xué)生都有權(quán)獲得高科技學(xué)習(xí)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(lán)領(lǐng)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(yè)模式意味著他們始終把員工放在第一位。

一家非傳統(tǒng)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(chǎn)車間的第一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖詣踊绦颍粌H僅是機器人。那是一個脫離傳統(tǒng)工業(yè)機器人的安全“牢籠”的新型機器人，這種顛覆性技術(shù)將實現(xiàn)成倍增長。

協(xié)作機器人運動

這是Bak USA的新領(lǐng)域。他們一直把人放在第一位。現(xiàn)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(dǎo)建立的一家工程咨詢機構(gòu)。Bak USA利用他們幫助初創(chuàng)公司評估他們的開箱即用解決方案的生產(chǎn)流程。

他們是否在箱子外面？

Bak USA高級制造總監(jiān)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?yún)f(xié)作機器人的想法。

Malloy說，“我們研究了我們整個業(yè)務(wù)的方方面面，看看哪里能產(chǎn)生最大的影響？我們有一支很好的領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊，非常喜歡說我們在這個行業(yè)是新的，我們想產(chǎn)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(shù)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(shù)人員的人機工程學(xué)挑戰(zhàn)，同時提高生產(chǎn)效率，使他們能夠繼續(xù)為年輕人和員工制造高質(zhì)量，價格合理的電子產(chǎn)品。

Malloy解釋道，“你可以想象一下，整天的工作都是跟電子產(chǎn)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。”

Kawasaki duAro雙臂SCARA機器人可以輕松完成這道工序，經(jīng)過幾個月的測試后，該系統(tǒng)現(xiàn)已全面投入生產(chǎn)。

生產(chǎn)過程還包括圍繞機器人而坐的技術(shù)人員。每個技術(shù)人員在自己的工作站內(nèi)從頭到尾構(gòu)建一個計算機設(shè)備。當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備好螺釘時，技術(shù)人員啟動一個快速過程，將設(shè)備穿梭至機器人。機器人將螺釘插入并將其擰緊，然后將設(shè)備送回技術(shù)人員手上，以便在需要時進(jìn)行額外組裝。

由于可能有五名技術(shù)人員在任何給定的時間向機器人提供設(shè)備，如果機器人忙于在一個設(shè)備中安裝螺釘，另一個設(shè)備就在提示中等待輪到它。同時，技術(shù)人員可以建造下一個設(shè)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(rèn)螺釘在組件中的位置，并確定哪種尺寸的螺絲適合哪種設(shè)備。螺旋給料機向機器人傳遞螺絲。

執(zhí)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(guān)鍵因素，他表示，“更重要的是，機器人替代了設(shè)備組裝過程中工作不想做的步驟。”

Bak USA研究了多個協(xié)作機器人系統(tǒng)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(nèi)在安全性。

Malloy認(rèn)為，“duAro是一個很好的選擇，這個雙臂機器人真的非常好。可以一次處理兩臺設(shè)備，或以各種方式運行。控制系統(tǒng)、傳感器和系統(tǒng)反饋非常好。并且，機械臂上都有柔軟的物質(zhì)包裹，即使你碰上它，也只是像撞到一個靠墊上而已。”

以人為本，安全第一

KawasakiRobotics（USA）公司的產(chǎn)品和先進(jìn)工程總監(jiān)Samir Patel表示，duAro機器人符合ISO 10218和ANSI/RIA 15.06協(xié)作機器人安全標(biāo)準(zhǔn)。

Patel解釋說，“為了達(dá)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(jiān)控每個手臂的工作空間和速度。”

根據(jù)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(qū)域監(jiān)控功能，使得duAro能夠與人類進(jìn)行安全協(xié)作。碰撞檢測功能可在發(fā)生碰撞的瞬間立即停止機器人的運動。

Bak USA最初擔(dān)心安全問題，主要是因為該技術(shù)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(xùn)課程。Malloy表示，他們可能在安全方面過于注重。

“現(xiàn)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(xié)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(shè)備。”

如果有人或物體穿過光幕或觸發(fā)安全墊，機器人立即停止。

Malloy說，“布法羅制造廠已經(jīng)能夠以這樣一種方式為我們開發(fā)系統(tǒng)，以便快速重置。根據(jù)我的經(jīng)驗，無論何時觸發(fā)互鎖或類似事情，將其恢復(fù)到運行狀態(tài)始終是一個復(fù)雜的過程。在這里，他們已經(jīng)考慮過安全和易于使用，并且易于排除故障。”

易于使用是我們聽到關(guān)于協(xié)作機器人的一個共同話題。對于很多人來說，“示教”已經(jīng)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(fù)這些步驟設(shè)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(guān)節(jié)、基座或工具坐標(biāo)點動。第三種方法是為高級用戶編寫復(fù)雜的應(yīng)用程序。可以將筆記本電腦連接到duAro控制器，使用Kawasaki先進(jìn)的基于文本的AS語言對機器人進(jìn)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(shù)傳統(tǒng)工業(yè)機器人的編程方法。

duAro的另一個優(yōu)勢是可以讓兩只手臂獨立完成不同的任務(wù)，或者協(xié)調(diào)一起完成一項任務(wù)。Kawasaki的Patel提供了電子制造業(yè)的一些常見案例。

“在許多電子組裝應(yīng)用中，為了在裝配前進(jìn)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。“

手臂還可以協(xié)調(diào)承載更大的負(fù)載，例如印刷電路板。通過機器人的同軸設(shè)計，兩個臂共用一個共同的軸，即關(guān)節(jié)1，因此它們可以完全從機器人的前部旋轉(zhuǎn)到后部。每只手臂可以處理2公斤的有效載荷。通過協(xié)調(diào)，他們可以承載4公斤。Bak USA根據(jù)其生產(chǎn)要求獨立或根據(jù)需要以協(xié)調(diào)的方式使用雙臂功能。

人機協(xié)作

Bak USA成功采用協(xié)作機器人是由于他們的員工早期就參與進(jìn)去了。甚至在啟動這個項目之前，他們就讓技術(shù)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(shù)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。”

“我們曾多次讓他們參與其中，即使它讓人們用協(xié)作機器人拍照一樣簡單。當(dāng)它到達(dá)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(dāng)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。”

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(yù)期。很快就打破了內(nèi)部記錄。我們現(xiàn)在正在調(diào)試我們的第二個和第三個系統(tǒng)。”

在過去的12個月里，Bak USA的規(guī)模幾乎翻了一番，增加了48個新的就業(yè)機會。這兩個額外的機器人將增加使用該系統(tǒng)的技術(shù)人員的數(shù)量。

“我們有更多的人在生產(chǎn)車間。現(xiàn)在我們有足夠的人員來運行這三個系統(tǒng)，并且我們?nèi)栽?a target="_blank">招聘。”

協(xié)作自動化的未來

至于未來，Bak USA計劃花一些時間改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)。Malloy說，他們已經(jīng)從這個過程中學(xué)到了很多東西，特別是可以增加系統(tǒng)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(xié)作自動化。現(xiàn)在我們要重新思考如何設(shè)計產(chǎn)品，以考慮這些自動化功能的設(shè)計。”

Bak USA最大的挑戰(zhàn)之一，你可能會感到驚訝。

Malloy說，“duAro的工作很棒，系統(tǒng)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(zhàn)性的事情之一。”

但Bak USA得到的最大教訓(xùn)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(yè)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(chuàng)造新的工作，并且讓工作環(huán)境更好。我們所學(xué)到的最重要的正面教訓(xùn)不在于技術(shù)，而在于我們向自己證明，你可以做到這一點。”

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(xié)作自動化也正在進(jìn)入汽車總裝，這是一個高度手動的領(lǐng)域。使用FANUC CR-35iA協(xié)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(fā)了一種協(xié)作機器人系統(tǒng)，將聚氨酯應(yīng)用于汽車后方玻璃。

客戶需要機器人聚氨酯應(yīng)用的一致質(zhì)量，但在操作員和機器人之間采用傳統(tǒng)安全防護(hù)的封閉式電池缺乏足夠的地面空間。Esys能夠?qū)⒄嫉孛娣e減少一半，并創(chuàng)建一個操作員與協(xié)作機器人攜手合作的過程。

這些協(xié)作機器人是六軸的，有效載荷甚至遠(yuǎn)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(yè)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(nèi)在的限制。在大多數(shù)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(shè)備。

然而，人機協(xié)作不僅僅是為協(xié)作機器人考慮的，高負(fù)載和高速機器人也可以加入進(jìn)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(lián)合創(chuàng)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(xié)同合作可以實現(xiàn)很多目標(biāo)。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(fù)性有效結(jié)合起來。”

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(yīng)用場景，例如，他們希望機器人拿起沉重的部件，并對其進(jìn)行操作時在工作人員幫助下將其放在特定位置。”

Vu認(rèn)為需要一個能夠利用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機器人難以置信的功率、速度和亞毫米級精度的系統(tǒng)，但有能力與人們協(xié)同工作。Veo的聯(lián)合創(chuàng)始人的目光瞄準(zhǔn)了這一需求。

該公司成立于2016年，獲得了西門子風(fēng)險投資公司（現(xiàn)在的next47）的種子基金。去年10月，他們獲得了GV（原谷歌風(fēng)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(huán)境并“理解”工作單元中發(fā)生的事情，來彌合人與機器人之間的差距。

“例如，我們的系統(tǒng)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(tǒng)了解工作單元中正在發(fā)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(tǒng)更加靈活，并能夠?qū)τ腥松斐鍪侄皇沁M(jìn)入工作單元做出反應(yīng)。“

Veo的系統(tǒng)是一個軟硬件結(jié)合的解決方案，Vu解釋說。

“我們的系統(tǒng)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(shù)據(jù)發(fā)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(nèi)，并直接與機器人控制器通信。“

該系統(tǒng)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(shù)制造工作單元應(yīng)用，盡管Vu表示他們正在構(gòu)建系統(tǒng)，以便在更復(fù)雜的環(huán)境中配置多達(dá)8臺相機。

“我們的系統(tǒng)可以跟蹤現(xiàn)場的機器人、工件和工人，并根據(jù)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(tǒng)默認(rèn)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(tǒng)只允許機器人移動。

Veo已經(jīng)與包括汽車制造商及其一級供應(yīng)商在內(nèi)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(lǐng)域的應(yīng)用，但人類和機器人仍然傾向于分離。

Vu說，“現(xiàn)在，當(dāng)制造工程師設(shè)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(yīng)該由一個人完成，哪些部分應(yīng)該由機器人來完成。”

這是人機協(xié)作的精髓。利用各自的獨特優(yōu)勢，將它們結(jié)合在一起，得到最優(yōu)解。協(xié)作機器人以最佳的方式在工廠車間里發(fā)揮作用。

外骨骼背心

還有什么比穿在你身上的機器人更協(xié)作的呢？外骨骼與人類有著最親密的關(guān)系。超越這種協(xié)作水平的唯一設(shè)備是在機體內(nèi)部工作的機器人醫(yī)療設(shè)備。

現(xiàn)在我們來看看工業(yè)環(huán)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(jīng)濟、更輕、更安全并且無動力的替代驅(qū)動方式。

ABI Research在其關(guān)于機器人外骨骼的報告中包括無動力外骨骼，預(yù)計到2025年市場將達(dá)到18億美元。工業(yè)外骨骼預(yù)計將成為最強勁的增長點。

Ekso為工業(yè)領(lǐng)域提供無動力的外骨骼，并為康復(fù)應(yīng)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(xié)作性的，因為你將一個設(shè)備放到人體上，如果他們不能一起工作來完成預(yù)定的任務(wù)，人類會拒絕該設(shè)備，”Ekso用戶體驗經(jīng)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(wù)，而不是阻礙他們。尤其是使用EksoVest，這是專為全天使用而設(shè)計的。我們有人在汽車生產(chǎn)線上每天穿8小時，所以舒適度至關(guān)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(zhàn)。”

EksoVest旨在提升和支持工人的手臂，以協(xié)助完成從胸部以上高空作業(yè)的任務(wù)。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(shè)備的許多重量轉(zhuǎn)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(dǎo)來自執(zhí)行器和彈簧系統(tǒng)的力，然后以非常有戰(zhàn)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(xié)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(shè)備而不是動力提升設(shè)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(shè)備的目標(biāo)是防止在全天工作的工作現(xiàn)場一些常見的傷害。”

當(dāng)你開始舉起你的手臂時，機械執(zhí)行器將會啟動并開始為你的手臂提供一點助力。應(yīng)用包括任何類型的重復(fù)架空工作，如汽車裝配線上的車身底板鉆孔或排氣系統(tǒng)安裝。背心還可用于施工環(huán)境中，例如工人完成架空和電氣工作、工業(yè)油漆、隔音板天花板安裝和工業(yè)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(shè)備的所有不同迭代。Cunningham表示，與福特的合作關(guān)系為外骨骼在工業(yè)中的工作提供了有用的見解。

“我們已經(jīng)收到了福特以及其他測試者的反饋，并將其納入設(shè)計變更中。現(xiàn)在我們正致力于將這些背心推向市場。”

EksoVest還可以個性化，包括腰帶、手臂袖口和背包肩帶在內(nèi)的柔軟物品都有不同的尺寸。您還可以通過調(diào)整執(zhí)行器內(nèi)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(diào)整執(zhí)行器。例如，如果工人在汽車生產(chǎn)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。”

顯然有一些智能設(shè)計融入這個設(shè)備，但它純粹是機械的。與目前的工業(yè)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(jīng)濟、更耐用。在工業(yè)領(lǐng)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。”

Cunningham解釋說，“跟下肢相比，上肢更需要調(diào)動力量。我們的康復(fù)外骨骼，它是一個機電設(shè)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。”

機器人外骨骼依然是一個很新的前沿領(lǐng)域，Cunningham說，該領(lǐng)域正在不斷發(fā)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?nèi)粘Ｉ钏璧慕鉀Q方案。我們預(yù)計未來10年內(nèi)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。”

機械，機電，液壓，生物啟發(fā)……機器人將應(yīng)有盡有，就像我們一樣。

隊友

在機器人領(lǐng)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(jìn)步，也開始更清楚地了解前方的挑戰(zhàn)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(fā)現(xiàn)自己將機器人歸功于幫助你認(rèn)識到人類每天擁有的真正獨特的能力并理所當(dāng)然。我們的創(chuàng)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(tuán)隊將變得更強大。