早在18世紀，日本人若井源大衛(wèi)門和源信便在前人的基礎上，利用鯨魚須制作的發(fā)條和彈簧，將自動機器玩偶升級為可為客人端茶送水的“原始機器人”。
它會雙手捧著茶盤，如果把茶杯放在茶盤上，它就會向前走，把茶端給客人。客人取下茶杯時，它會自動停止，等客人喝完茶把茶杯放回茶盤上時，它就又轉(zhuǎn)回原來的地方。想想這個場景還是非常有樂趣的。就像這個圖：
(圖片來自百度百科)
雖然以當時的技術(shù)，不可能實現(xiàn)嚴格意義上的“人機協(xié)作”，甚至當時的玩偶都不能算概念上的“機器人”，但我們至少可以肯定，人類在對于機器人的“人機協(xié)作”的探索工作來源已久，對于機器人的智能化發(fā)展的涉獵心始終未停止過。
上世紀50年代末，美國科學家德沃爾與約瑟夫共同開發(fā)制造出全世界第一臺工業(yè)機器人，開啟了第一代工業(yè)機器人的先河。此時的工業(yè)機器人處于第一代，這時的機器人還離不開“人”的操作，只能在控制器的“監(jiān)督”下完成某些指定的工作，我們稱其為“示教再現(xiàn)”。
(喬治·德沃爾(右)、約瑟夫·恩格爾伯格和unimation機器人)
雖然工業(yè)機器人從誕生發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)有50多年的歷史，但是現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化的工業(yè)機器人一直未能脫離傳統(tǒng)的、基于預編程/遙操作型的機器類型。而近年來，由于技術(shù)的演進、人類不斷探知的欲望，以及產(chǎn)業(yè)工人的需求等因素，越來越多的產(chǎn)學研用各方面的人加入到推進下一代工業(yè)機器人的大軍中。
目前，雖然人機協(xié)作機器人只占到工業(yè)機器人整體規(guī)模的5%，但其未來發(fā)展勢頭不可小覷，也證明未來發(fā)展市場廣闊。
這5%當中，最出名的便是美國再思考機器人公司(Rethink Robotics)。當然，任何先進的技術(shù)產(chǎn)品都離不開行業(yè)技術(shù)“大牛”。該公司的創(chuàng)始人是羅德尼·布魯克斯(Rodney Brooks)，是不是感覺有些眼熟呢?沒錯，他正是著名的服務機器人(確切的說是掃地機器人)美國iRobot公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。就是下面這位：
在他的幫助下，iRobot開發(fā)出了火爆的Roomba系列機器人。這位從MIT計算機科學與人工智能實驗室退休的澳大利亞科學院院士是機器人學界的權(quán)威，他強調(diào)的理念是“自下而上”的環(huán)境識別與適應。他一手創(chuàng)立了再思考機器人公司，并兼任首席技術(shù)官。在他的領(lǐng)導下，再思考發(fā)布了兩款重量級產(chǎn)品——Baxter(雙臂)和Sawyer(單臂)。
(Baxter和Sawyer)
其實，人機協(xié)作機器人(不管是單臂還是雙臂)與傳統(tǒng)工業(yè)機器人最大的區(qū)別就在于它們可以“協(xié)作”——他們可以配合在工人“手把手”的引領(lǐng)之下“安全地”執(zhí)行任務所需的動作并記住他們，工人們幾分鐘就可對該種機器人“上手”。而這和傳統(tǒng)的工業(yè)機器人不一樣，不需要層層防護，將人與機器人隔離開，而且不必經(jīng)過對編程、機械等相關(guān)內(nèi)容系統(tǒng)的培訓便可使用。這對于工廠來說，大大提高了效率。這樣的便捷性也意味著人機協(xié)作機器人不再需要軟件工程師，不需要編程操作，在帶給人類方便的同時，他們也能完成更復雜、更精確的任務，即靈巧作業(yè)。
當然，不光是再思考機器人公司，很多產(chǎn)業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)均向人機協(xié)作型機器人拋出了橄欖枝。丹麥優(yōu)傲機器人公司(Universal robots)發(fā)布了三款人機協(xié)作機器人——UR3、UR5、UR10，三款機器人均為單臂，負載有所不同;位列機器人“四大家族”的德國庫卡機器人公司(KUKA)也推出其首款輕型人機協(xié)作7軸機器人LBR iiwa;而“四大家族”的另一位成員瑞士ABB公司也于近期收購了GomTec公司，旗下的Roberta協(xié)作式機器人很可能成為行業(yè)領(lǐng)軍產(chǎn)品……
(Universal robots發(fā)布的UR3)
人機協(xié)作機器人之所以受到市場的強烈熱捧，除了各國對于其扶持力度加大之外，更關(guān)鍵的是，相對于傳統(tǒng)機器人固化、適應性差等特點，人機協(xié)作機器人能夠?qū)崿F(xiàn)定制化生產(chǎn)，滿足多品種、小批量、柔性、快速等傳統(tǒng)工業(yè)機器人難以涉及的新型制造模式。
實際上，人機協(xié)作由機器實現(xiàn)簡單的操作，并運行底層的自動化控制，而“人”實現(xiàn)上層的監(jiān)督控制、任務安排、軌跡設定和相關(guān)操作等。既然是人機協(xié)作，那么無可厚非，整個任務是由“人”與“機器”協(xié)同完成的。既然是協(xié)同完成任務，那么就需要對任務有明確的分工。在人機協(xié)作系統(tǒng)中，人主要負責“定性”判斷決策，而機器則負責“定量”計算推理，二者相結(jié)合，缺一不可。
人機協(xié)作的深層內(nèi)涵是“人機智能融合”，它代表“人”與“機器”需要共同完成指定任務，在完成任務的過程中二者行為還要保持步調(diào)一致，并且兩者在意識層面還需始終協(xié)調(diào)。而這需要對傳統(tǒng)工業(yè)機器人進行大幅度改良，必須提升機器感知、人機共融等多項技術(shù)水平。
因此，我們可以看到，人機協(xié)作機器人雖說功能強大，但卻不容易實現(xiàn)，且即便是商業(yè)化生產(chǎn)的成品，規(guī)模也十分有限。
要想實現(xiàn)人機共融，必須要解決好人機交互的問題。實現(xiàn)人機交互的首要任務便是建立一個能夠?qū)崿F(xiàn)“人”與“機器”信息傳輸?shù)那?，只要它能夠?qū)崿F(xiàn)傳遞并轉(zhuǎn)換信息的接口作用即可。在機器人系統(tǒng)中，人機接口通常是操縱面板或圖形用戶界面。在人機協(xié)作機器人當中阻抗控制來感受力覺，使工人能夠感知機器人與加工部件之間的機械接觸。當然，人機交互還需要可靠地安全機制，以保障工人的安全。
從大的層面看，人機交互在技術(shù)方面的發(fā)展主要有兩個方面：
一是單峰的人機交互系統(tǒng)，比如基于視覺、聽覺、機械接觸等;
二是多通道人機交互模式的整合，通過幾種效應通道的協(xié)作，減少單個通道的工作負擔，提高了交互的可靠性和工作效率。
人機協(xié)作已經(jīng)成為工業(yè)機器人下一階段的重點發(fā)展趨勢，是各大相關(guān)企業(yè)、院校、科研機構(gòu)的“必爭之地”，他們紛紛加大在該領(lǐng)域的投入、研發(fā)力量，力爭在下一代機器人全面來臨之前形成技術(shù)壁壘，占領(lǐng)制高點。(文|AUTOchaser)
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