协作机器人外衣apas如何提升协作效率？

第一部分：什么是“协作机器人外衣”？

“协作机器人外衣”并不是一个物理意义上的衣服，而是一个软件解决方案，你可以把它想象成给机器人穿上了一件“智能、安全、协作”的虚拟外衣。

它的核心思想是：通过先进的传感器技术、算法和软件，将一台传统的、通常被隔离在安全围栏内的工业机器人，改造或赋能，使其能够与人类工人在同一个共享空间内安全、高效地协同工作。

这件“外衣”赋予了机器人以下关键能力：

1. 环境感知: 就像人的皮肤和感官一样，它通过安装在机器人本体或周围环境中的各种传感器（如3D相机、激光雷达、力/力矩传感器等），实时感知周围环境,特别是检测到人进入其工作区域。
2. 风险评估与决策: “外衣”内置的软件大脑会根据感知到的信息，实时进行风险评估，它不仅仅是简单的“停”，而是能够判断人的位置、速度和与机器人的距离，并做出相应的反应，比如减速、暂停路径、甚至绕过障碍物。
3. 人机协作: 这是最终目的，在确保安全的前提下，机器人可以与人进行物理上的互动，机器人可以递送工具或零件给工人,或者工人可以引导机器人完成一些精细的装配任务。
4. 安全合规: 这件“外衣”确保了机器人的所有行为都符合国际人机协作安全标准（如 ISO/TS 15066）,使得协作应用成为可能。

第二部分：以西门子/博世力士乐的 APAS 为例

APAS (Autonomous Production Assistant System) 是由德国工业巨头 博世力士乐 开发，并由其母公司 西门子 推广的，是人机协作领域最知名、最具代表性的“协作机器人外衣”解决方案之一。

APAS 的核心理念是 “人类为中心的自动化” (Human-Centered Automation)，即自动化系统（机器人）应该适应人类的工作方式,而不是让人类去适应机器。

APAS 的核心组成（它的“外衣”由什么构成？）

APAS 是一个完整的生态系统,主要包括以下几个部分：

硬件层（感官系统）

• APAS 传感器单元: 这通常是安装在机器人手臂上的3D视觉传感器（如 RealSense 深度相机），它是机器人的“眼睛”，用于创建工作区域的三维点云图,实时监测人员位置。
• APAS 监护单元: 这是一个独立的、可灵活部署的3D安全扫描仪，它可以安装在机器人工作区域的上方或侧面，形成一个更大的“安全罩”，监测整个协作区域,不依赖于机器人本体。
• 其他可选传感器: 如安全地毯、光幕、力/力矩传感器等，可以与 APAS 系统集成,提供更全面的安全冗余。

软件层（大脑与神经系统）

• APAS 软件套件: 这是整个系统的核心，它负责处理所有传感器数据，运行安全算法，并控制机器人的行为。
  • 安全监控: 实时分析传感器数据，判断人员是否进入预设的协作空间，当检测到人时,系统会根据人机距离自动调整机器人的速度或使其停止。
  • 动态速度调整: 这是 APAS 的一个关键功能，当人靠近时，机器人会自动降低运行速度；当人远离时，速度会恢复正常，这既保证了安全,又保证了生产效率。
  • 安全等级定义: 用户可以在软件中定义不同的安全区域和相应的安全等级（如 T1, T2, T3），对应不同的机器人反应（如监控、减速、停止）。
  • 集成与编程: APAS 软件可以与博世力士乐自己的控制器（如 RX/X系列）无缝集成，并支持标准的机器人编程语言,方便用户部署协作任务。

系统架构与认证

• 独立于机器人控制器: APAS 系统可以作为一个独立的安全控制器运行，这意味着它可以“外挂”给不同品牌和型号的机器人（不仅是博世力士乐的），为它们穿上这件“安全外衣”。
• 功能安全认证: APAS 系统本身获得了 TÜV (德国技术监督协会) 的认证，符合 SIL (Safety Integrity Level) 3 和 PL (Performance Level) d/e 的最高安全等级,这是其作为可靠协作解决方案的基石。

第三部分：APAS 的工作流程（如何穿上这件“外衣”？）

1. 定义空间: 用户使用 APAS 软件工具，在虚拟环境中定义机器人的工作空间、协作空间以及不同安全等级的区域。
2. 部署传感器: 将 APAS 传感器单元和/或监护单元安装到物理环境中，并进行校准,使其虚拟空间与物理空间对齐。
3. 编程任务: 编写机器人的自动化任务程序，例如抓取、放置、焊接、涂胶等。
4. 启动协作: 启动 APAS 系统，机器人开始执行任务，同时其“外衣”（APAS 系统）处于监控状态。
5. 动态交互:
   • 工人靠近协作区。 机器人检测到人进入，立即减速,但仍可继续执行任务。
   • 工人进入核心工作区。 机器人检测到人非常接近，立即停止所有运动,等待工人离开。
   • 工人离开。 机器人检测到危险解除,自动恢复之前的任务和速度。

第四部分：APAS 的优势与应用场景

优势:

• 极高的安全性: 基于国际顶级安全标准,最大程度保护工人安全。
• 灵活性高: 可以集成到现有机器人上，无需更换整个机器人系统,投资回报率高。
• 生产效率提升: 通过“动态速度调整”，在保证安全的同时，尽可能减少停机时间,优化生产节拍。
• 易于部署: 模块化设计,安装和配置相对简便。
• 应用广泛: 不局限于特定任务,可赋能多种协作应用。

典型应用场景:

• 物料搬运: 机器人从料架上抓取零件，递送到工人面前，工人进行简单的装配或检查,然后再由机器人取走成品。
• 辅助装配: 机器人手持一个沉重的部件，工人进行精密的螺丝紧固或线束连接，机器人可以提供恒定的压力,减轻工人负担。
• 质量检测: 机器人引导传感器或摄像头对产品进行扫描,工人根据结果进行分拣或标记。
• 机床上下料: 机器人在机床和操作员之间安全地传递工件，实现“一人多机”的精益生产。

“协作机器人外衣”（如 APAS）是工业自动化领域的一项革命性技术，它通过软件定义的方式，将传统工业机器人从“隔离的钢铁巨人”转变为“智能、可靠的协作伙伴”，APAS 作为其中的佼佼者，以其严谨的德国工程、顶级的安全认证和灵活的集成能力，为人机协作的普及和深化提供了坚实的技术基础，正在帮助全球无数工厂实现更安全、更高效、更人性化的生产模式。

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