引言： 協作機器人的快速發展為(wei)人(ren)機(ji)協(xie)作提供了廣闊的應用前景，然而，在人(ren)機(ji)協(xie)作的場景中(zhong)，確(que)保人(ren)類操作員的安(an)全成為(wei)至關重要的任務。為(wei)了實現安(an)全協(xie)作，研(yan)究(jiu)人(ren)員提出了各(ge)種方法和(he)技(ji)術，包(bao)括速度和(he)距(ju)離監控、行(xing)為(wei)預測和(he)碰撞處理等。本文將探討協(xie)作機(ji)器(qi)人(ren)安(an)全協(xie)作的方法和(he)挑戰，并總結現有研(yan)究(jiu)成果。

一、速(su)(su)度(du)和(he)距(ju)離監(jian)控 速(su)(su)度(du)和(he)距(ju)離監(jian)控是(shi)協(xie)作機器人(ren)(ren)安全(quan)協(xie)作的(de)關鍵方(fang)法(fa)(fa)之一。研(yan)究人(ren)(ren)員提(ti)(ti)(ti)出(chu)了(le)求(qiu)解機器人(ren)(ren)極限速(su)(su)度(du)的(de)方(fang)法(fa)(fa)，該方(fang)法(fa)(fa)可以與傳(chuan)統的(de)設置圍欄方(fang)法(fa)(fa)進行比較，并(bing)證(zheng)明其(qi)提(ti)(ti)(ti)高(gao)了(le)任務效(xiao)(xiao)率。此外，利用深(shen)度(du)相(xiang)機等傳(chuan)感器獲取機器人(ren)(ren)工作空間的(de)深(shen)度(du)信息，計算機器人(ren)(ren)與動(dong)態障礙物之間的(de)距(ju)離，并(bing)設計不同的(de)排斥力，實(shi)現(xian)平滑可行的(de)關節速(su)(su)度(du)指令，從而避開障礙物。人(ren)(ren)機距(ju)離模型構建方(fang)法(fa)(fa)和(he)最小距(ju)離迭代算法(fa)(fa)也被(bei)提(ti)(ti)(ti)出(chu)，實(shi)現(xian)了(le)動(dong)態的(de)人(ren)(ren)機協(xie)作距(ju)離監(jian)控。這些方(fang)法(fa)(fa)在提(ti)(ti)(ti)高(gao)安全(quan)性的(de)同時，提(ti)(ti)(ti)升了(le)協(xie)作效(xiao)(xiao)率。

二、行(xing)為預(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce) 人(ren)類(lei)操(cao)(cao)作(zuo)員的(de)行(xing)為往(wang)往(wang)遵循特(te)定的(de)模式，因此，通過對操(cao)(cao)作(zuo)員進行(xing)實(shi)時(shi)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)并建(jian)立運動模型，可(ke)(ke)以預(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)其下(xia)一步行(xing)為，以避免潛(qian)在的(de)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)。研(yan)究人(ren)員提(ti)出了(le)一種識別和(he)預(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)人(ren)體(ti)運動的(de)框架，生成的(de)預(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)結果(guo)可(ke)(ke)用于機(ji)器(qi)人(ren)設備的(de)控制器(qi)，實(shi)現(xian)直(zhi)觀和(he)可(ke)(ke)預(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)人(ren)機(ji)交互。另外，基于LSTM網絡(luo)的(de)動作(zuo)終點預(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)方法可(ke)(ke)以實(shi)現(xian)對裝配任務中(zhong)抓取動作(zuo)的(de)預(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)，達到安全(quan)(quan)避撞(zhuang)(zhuang)等效果(guo)。這些(xie)行(xing)為預(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)方法為協作(zuo)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)安全(quan)(quan)性和(he)效率提(ti)供了(le)有效的(de)手段。

三(san)、碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)處理(li)方(fang)(fang)法(fa)(fa) 在人機(ji)協(xie)作應用(yong)中，不可(ke)避(bi)免地會發(fa)生(sheng)一些(xie)必要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)情況。因(yin)此(ci)，研究人員(yuan)提(ti)出了碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)處理(li)方(fang)(fang)法(fa)(fa)，以減少碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)后的(de)(de)(de)(de)(de)沖擊和(he)(he)傷(shang)害(hai)。首先，通過機(ji)器(qi)(qi)人本體感受傳感器(qi)(qi)（編碼器(qi)(qi)和(he)(he)扭矩(ju)傳感器(qi)(qi)）可(ke)以檢(jian)測碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)大小(xiao)和(he)(he)方(fang)(fang)向信息(xi)。此(ci)外，利用(yong)深度學(xue)習(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)檢(jian)測框架可(ke)以學(xue)習(xi)機(ji)器(qi)(qi)人的(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)信號，并識別任何發(fa)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)，具(ju)有良好的(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)測性能和(he)(he)泛化(hua)能力(li)(li)。還(huan)有一些(xie)研究將人的(de)(de)(de)(de)(de)疼痛耐受力(li)(li)作為標準，測定了人類身體部位的(de)(de)(de)(de)(de)疼痛閾值，為協(xie)作機(ji)器(qi)(qi)人的(de)(de)(de)(de)(de)施力(li)(li)上限(xian)提(ti)供(gong)參考。另外，機(ji)器(qi)(qi)人的(de)(de)(de)(de)(de)主動柔順控(kong)制(zhi)(zhi)方(fang)(fang)法(fa)(fa)可(ke)以精確控(kong)制(zhi)(zhi)力(li)(li)矩(ju)，以滿(man)足(zu)安(an)全標準。這些(xie)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)處理(li)方(fang)(fang)法(fa)(fa)為減少碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)造成的(de)(de)(de)(de)(de)傷(shang)害(hai)提(ti)供(gong)了解決方(fang)(fang)案。

（圖文：集萃智造）

挑戰： 盡管在(zai)協作機器(qi)(qi)人安全協作方(fang)面取得了(le)一(yi)些(xie)(xie)進展，仍然(ran)(ran)存在(zai)一(yi)些(xie)(xie)挑戰需(xu)要(yao)(yao)克(ke)服。首(shou)先，準確監測和識別人機協作中的(de)(de)速度(du)、距離和碰(peng)撞(zhuang)等(deng)(deng)關鍵信息仍然(ran)(ran)是(shi)一(yi)個技術(shu)難題，需(xu)要(yao)(yao)更高(gao)效和準確的(de)(de)傳感器(qi)(qi)和算法(fa)來實(shi)現。其(qi)次，不(bu)同應用(yong)場景的(de)(de)安全標準和要(yao)(yao)求各不(bu)相同，需(xu)要(yao)(yao)根(gen)據實(shi)際情況設計相應的(de)(de)控制方(fang)案(an)和策略。此外，人機協作中的(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)復雜(za)性和實(shi)時(shi)性也帶來了(le)挑戰，需(xu)要(yao)(yao)在(zai)復雜(za)環(huan)(huan)境(jing)下實(shi)現快速響(xiang)應和決策。最后，人機協作的(de)(de)社會接受度(du)和法(fa)律法(fa)規等(deng)(deng)方(fang)面也需(xu)要(yao)(yao)進一(yi)步研究(jiu)和探索，以促進協作機器(qi)(qi)人的(de)(de)廣泛應用(yong)。

結(jie)論： 協(xie)作機(ji)器人安(an)全協(xie)作是實現(xian)人機(ji)協(xie)作的(de)關(guan)鍵(jian)要素之(zhi)一。速度和(he)(he)距(ju)離監控、行(xing)為(wei)預測(ce)和(he)(he)碰撞處理等方法(fa)為(wei)實現(xian)安(an)全協(xie)作提供了(le)有效的(de)手段。然而，仍然存在(zai)挑(tiao)戰需(xu)要克服，包括準確監測(ce)和(he)(he)識(shi)別(bie)關(guan)鍵(jian)信息、根據不同應用(yong)場景(jing)設計控制方案(an)、應對復雜環境和(he)(he)實時性等。未來的(de)研(yan)究應著(zhu)重(zhong)解決這(zhe)些挑(tiao)戰，以推動協(xie)作機(ji)器人安(an)全協(xie)作的(de)發展(zhan)和(he)(he)應用(yong)。

（圖文：集萃智造）