引言： 協(xié)作機(jī)器人的快速發(fā)展為人機(jī)協(xié)作提供了廣闊的應(yīng)用前景，然而，在人機(jī)協(xié)作的場景中，確保人類操作員的安全成為至關(guān)重要的任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)安全協(xié)作，研究人員提出了各種方法和技術(shù)，包括速度和距離監(jiān)控、行為預(yù)測和碰撞處理等。本文將探討協(xié)作機(jī)器人安全協(xié)作的方法和挑戰(zhàn)，并總結(jié)現(xiàn)有研究成果。

一、速度和距離監(jiān)控 速度和距離監(jiān)控是協(xié)作機(jī)器人安全協(xié)作的關(guān)鍵方法之一。研究人員提出了求解機(jī)器人極限速度的方法，該方法可以與傳統(tǒng)的設(shè)置圍欄方法進(jìn)行比較，并證明其提高了任務(wù)效率。此外，利用深度相機(jī)等傳感器獲取機(jī)器人工作空間的深度信息，計(jì)算機(jī)器人與動態(tài)障礙物之間的距離，并設(shè)計(jì)不同的排斥力，實(shí)現(xiàn)平滑可行的關(guān)節(jié)速度指令，從而避開障礙物。人機(jī)距離模型構(gòu)建方法和最小距離迭代算法也被提出，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)的人機(jī)協(xié)作距離監(jiān)控。這些方法在提高安全性的同時(shí)，提升了協(xié)作效率。

二、行為預(yù)測 人類操作員的行為往往遵循特定的模式，因此，通過對操作員進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并建立運(yùn)動模型，可以預(yù)測其下一步行為，以避免潛在的碰撞。研究人員提出了一種識別和預(yù)測人體運(yùn)動的框架，生成的預(yù)測結(jié)果可用于機(jī)器人設(shè)備的控制器，實(shí)現(xiàn)直觀和可預(yù)測的人機(jī)交互。另外，基于LSTM網(wǎng)絡(luò)的動作終點(diǎn)預(yù)測方法可以實(shí)現(xiàn)對裝配任務(wù)中抓取動作的預(yù)測，達(dá)到安全避撞等效果。這些行為預(yù)測方法為協(xié)作機(jī)器人的安全性和效率提供了有效的手段。

三、碰撞處理方法 在人機(jī)協(xié)作應(yīng)用中，不可避免地會發(fā)生一些必要的碰撞情況。因此，研究人員提出了碰撞處理方法，以減少碰撞后的沖擊和傷害。首先，通過機(jī)器人本體感受傳感器（編碼器和扭矩傳感器）可以檢測碰撞力的大小和方向信息。此外，利用深度學(xué)習(xí)的碰撞檢測框架可以學(xué)習(xí)機(jī)器人的碰撞信號，并識別任何發(fā)生的碰撞，具有良好的檢測性能和泛化能力。還有一些研究將人的疼痛耐受力作為標(biāo)準(zhǔn)，測定了人類身體部位的疼痛閾值，為協(xié)作機(jī)器人的施力上限提供參考。另外，機(jī)器人的主動柔順控制方法可以精確控制力矩，以滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。這些碰撞處理方法為減少碰撞造成的傷害提供了解決方案。

（圖文：集萃智造）

挑戰(zhàn)： 盡管在協(xié)作機(jī)器人安全協(xié)作方面取得了一些進(jìn)展，仍然存在一些挑戰(zhàn)需要克服。首先，準(zhǔn)確監(jiān)測和識別人機(jī)協(xié)作中的速度、距離和碰撞等關(guān)鍵信息仍然是一個(gè)技術(shù)難題，需要更高效和準(zhǔn)確的傳感器和算法來實(shí)現(xiàn)。其次，不同應(yīng)用場景的安全標(biāo)準(zhǔn)和要求各不相同，需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制方案和策略。此外，人機(jī)協(xié)作中的環(huán)境復(fù)雜性和實(shí)時(shí)性也帶來了挑戰(zhàn)，需要在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和決策。最后，人機(jī)協(xié)作的社會接受度和法律法規(guī)等方面也需要進(jìn)一步研究和探索，以促進(jìn)協(xié)作機(jī)器人的廣泛應(yīng)用。

結(jié)論： 協(xié)作機(jī)器人安全協(xié)作是實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作的關(guān)鍵要素之一。速度和距離監(jiān)控、行為預(yù)測和碰撞處理等方法為實(shí)現(xiàn)安全協(xié)作提供了有效的手段。然而，仍然存在挑戰(zhàn)需要克服，包括準(zhǔn)確監(jiān)測和識別關(guān)鍵信息、根據(jù)不同應(yīng)用場景設(shè)計(jì)控制方案、應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境和實(shí)時(shí)性等。未來的研究應(yīng)著重解決這些挑戰(zhàn)，以推動協(xié)作機(jī)器人安全協(xié)作的發(fā)展和應(yīng)用。

（圖文：集萃智造）