工業(yè)4.0的制造前景包括從自動化制造向智能制造概念的轉(zhuǎn)變。工業(yè)4.0發(fā)展中的一大期望是在小批量生產(chǎn)中滿足客戶對產(chǎn)品變化的需求，從而不會浪費(fèi)重新配置組裝線等時間。智能制造的實(shí)現(xiàn)將通過物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)行，其中每個參與組件都有其已知的IP地址。在這種情況下，智能制造生產(chǎn)系統(tǒng)不僅要以小批量的生產(chǎn)產(chǎn)品來滿足客戶的需求，還必須具有更好的預(yù)測性維護(hù)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性和適應(yīng)性生產(chǎn)等特點(diǎn)。為了使智能機(jī)器人工廠能夠在工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中工作，因此機(jī)器人將在未來的制造業(yè)中承擔(dān)大部分工作，但是人類工人必須留在工作區(qū)域中，擔(dān)任監(jiān)督角色或從事未經(jīng)機(jī)器人培訓(xùn)的工作。在機(jī)器人工作區(qū)域內(nèi)或附近，人類不斷出現(xiàn)，這改變了人們對機(jī)器人工作區(qū)域的柵欄和禁止方式，需要機(jī)器人和人類可以安全地共存和協(xié)作。
? ? ? ? 在這種情況下，機(jī)器人與人類共享相同的工作空間，并進(jìn)行工業(yè)活動，例如原材料處理，組裝和工業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)的方法是使人類在有限的范圍內(nèi)接觸機(jī)器人，并采用適當(dāng)?shù)陌踩刂拼胧苑拦と诉M(jìn)入機(jī)器人的工作區(qū)而導(dǎo)致機(jī)器完全停止，一旦進(jìn)入，會導(dǎo)致中斷和重置程序被激活，延長生產(chǎn)時間。隨之出現(xiàn)了新提議的方法，即安全的人機(jī)協(xié)作(HRC)，沒有任何圍欄。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要采用協(xié)作式機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)(CPS)實(shí)施額外的安全和保護(hù)措施，這要求基于人與機(jī)器人之間的交互程度，確保安全性，并提高生產(chǎn)率。實(shí)際上，協(xié)作機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將安全性和安全性問題進(jìn)行合并，就像設(shè)計(jì)同時考慮這兩個方面的工業(yè)設(shè)施，下圖是協(xié)作型機(jī)器人的幾種應(yīng)用類型。?
? ? ? ? 協(xié)作機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)是一種智能系統(tǒng)，其中集成了計(jì)算和物理系統(tǒng)，以控制和感知現(xiàn)實(shí)世界變量的變化狀態(tài)。這種CPS的成功取決于可靠，安全和可靠的傳感器網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)。CPS平臺不斷發(fā)展其架構(gòu)，以跨越數(shù)字物理鴻溝進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，并消除了關(guān)鍵技術(shù)之間的界限。特別是，其中包括電子，計(jì)算，通信，傳感，驅(qū)動，嵌入式系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)等。CPS模型中主要包括三個組成部分，人為成分，物理成分和計(jì)算成分。
? ? ? ? 這三者是集成在一起的三個模塊。隨著使能技術(shù)的發(fā)展，這三個組成部分之間的互動越來越多，彼此之間通過不同的技術(shù)連接在一起，例如，人體位置跟蹤和安全距離參數(shù)是機(jī)器人CPS中工作人員安全的重要考慮因素。機(jī)器人系統(tǒng)是高度自動化的系統(tǒng)，消除了元素之間的邊界，通過交互加以彼此連接。有多種基于人的視覺，聽覺和觸覺的人機(jī)交互技術(shù)。機(jī)器人CPS可以使用視覺系統(tǒng)來檢測，跟蹤和手勢識別人類，也可以使用來自人類的音頻信號命令機(jī)器人。各類傳感器和執(zhí)行器可以使三者之間產(chǎn)生多種不同的交互方式。
? ? ? ?在人機(jī)協(xié)作中，會在CPS中應(yīng)用多種傳感器，以確保安全性。傳統(tǒng)方法是手動提供指導(dǎo)或根據(jù)要求降低機(jī)器人速度，該類方法多為開環(huán)的，其人機(jī)協(xié)作的水平取決于應(yīng)用現(xiàn)場的風(fēng)險(xiǎn)評估，而且局限于小型機(jī)器人的應(yīng)用。第種安全方法是指定一個工作區(qū)，該工作區(qū)被激光掃描儀或接近傳感器之類的傳感器覆蓋。在這種情況下，機(jī)器人必須在人員進(jìn)入工作區(qū)域時停下來。該系統(tǒng)是傳感器相關(guān)的閉環(huán)系統(tǒng)，但是幾乎沒有達(dá)到人機(jī)協(xié)作的操作目的，如下圖所示。第三種方法是通過基于視覺的系統(tǒng)或其他可能的技術(shù)進(jìn)行速度或距離監(jiān)視。如果工人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，機(jī)器人可能會減速甚至停機(jī)，其中使用了多種集成傳感器和傳感器融合技術(shù)，極有可能達(dá)到較高的人機(jī)協(xié)作水平，但是如果監(jiān)視功能失敗，則也會帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)。*后一種方法是通過使用力傳感器進(jìn)行力監(jiān)控。機(jī)器人的速度和加速度的降低將根據(jù)允許撞擊工人身體部位的力的大小來進(jìn)行。力大小會因身體不同部位而異。該方案提供了*高水平的人機(jī)協(xié)作程度，但是還要求集成多種類型的傳感器，融合傳感器，并在監(jiān)視功能失敗的情況下對風(fēng)險(xiǎn)評估提出挑戰(zhàn)。