1.目的及意义

(1)研究背景

近几十年来，机器人技术发展日新月异。到目前，机器人产业发展主要有三大趋势：软硬结合、虚实结合、以及人机协作。人机协作已然成为了机器人领域很热门的研究方向。“协作”一词在2016年国际标准化组织发布的工业标准被定义为：“一个特定设计的机器人系统与一名操作者在同一环境下协同工作的状态。”同时进一步明确了安全标准准则，符合准则的机器人不再需要用防护栏围起来，而是与操作者共享同一工作空间。虽然协作机器人最早为工业所用，但它现在也慢慢出现在像家庭服务、仓储物流、医疗康复、远程安全监控等新兴市场。其中，如何利用机器人自身携带的传感器对目标进行检测、跟踪以及识别，是提高人机协作机器人智能程度的关键性环节。协作机器人正逐渐变得小型化、轻量化、智能化，它所体现出来的与人协作、安全性高、部署简单、灵活易用、成本较低等一系列优势正使得它发展迅速。因此，面对机遇与挑战，对协作机器人进行研究对“中国制造2025”，“工业4.0”都具有重大意义。

(2)国内研究现状

目前协作机器人仍处于起步发展阶段。如何让机器人识别人类意图，及提高机器人学习效率和自适应能力是机器学习研究的一个重要方向。中国工业机器人市场发展较快，约占全球市场份额的1/3，是全球第一大工业机器人应用市场。工业机器人占机器人整体市场的67%，高于国际63%的水平。我国工业机器人产业发展迅速，但始终存在着产业核心竞争力不强的问题。技术水平不够高，自主品牌率低，只占30%。国产工业机器人大多数是三轴到五轴，六轴以上的高端机器人，85%是国外品牌，而且智能应用也只是刚刚起步。“人机协作”作为国产机器人从工业机器人进化到智能机器人过程中的一个阶段，目前国内许多工厂机器人还是在根据预先植入的程序进行重复性工作，并不是智能。目前国内能够做到人与机器交替工作，一起工作还存在许多的问题，但机器人已经在不断向智能迈步。随着高性能、智能感知与控制技术，人机共融技术，高精度运动与姿态控制等关键技术的研制、突破，工业机器人的智能将得到明显提升。
(3)国外研究现状

目前，随着发达国家的高端制造的回归，国外协作机器人将得到快速发展。2015年，包括ABB、库卡、发那科、安川在内的外资机器人企业纷纷推出协作机器人系列，未来机器人发展将会根据专业化进行分工，并与3D打印，工业VR，物联网等充分结合，实现机器与人完美协同、共存共享，使协作机器人成为打造智能网络制造的新模式。在对协作机器人的研究与开发工作中，人机交互、安全性研究、动力学研究，结合特定产品的研究更是国外热门方向。人机交互方面，在控制方法上，可拓展空间巨大。传统方法是使用控制器编辑指令对机器人运动进行控制，如今随着人与机械臂的近距离接触，拖动示教已被广泛应用。其中部分机器人还集成了视觉系统，机器人可通过“观察”进行学习和调整。此外，还有研究人员利用惯性测量单元对机器人进行体感示教，让机器人实现与人的非接触同步运动，这在对精度要求不高的服务业非常实用。目前最受关注的当数协作机器人在人工智能领域的探索。随着Alphago的强势表现，人工智能尤其是深度学习在全球掀起了一股狂潮，让协作机器人具备自学能力已成为各企业及科研机构的热门选题。安全性研究方面，ABB的科研人员做出了突出贡献。首先，他们对人与机器的接触部位及受伤类型进行了分类，提出了风险评估方法；其次他们进行了碰撞实验，故障诊断及故障隔离。最近他们又提出了以安全为硬约束的运动控制策略。完备的理论及实验支撑，让YuMi在安全性方面得到了业内的一致好评。除此之外，许多其他科研人员也进行了广泛深入的研究，其中包括对协作机器人在工作过程中保持高度依从性的研究，以及利用残余信号探测人与机器是否接触，并利用深度传感器确定接触位置的研究等。相信随着研究的深入，人与机器共处将不再有任何心理负担，同时能更高效地协同完成工作任务。在动力学方面可以通过安装力矩传感器进行测量，还可以通过通过获取电机的电流/转矩及关节转角信号重建外部力信息。结合特定产品研究方面，如对KUKA LWR4 动力学参数的研究，以Baxter为平台结合人体工程学问题对机械臂运动人性化的研究等。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究内容、拟采用的技术方案及措施

一、研究内容

1.了解当前机器人与人的协作技术