はじめに、上海陸甲自動化科学技術有限公司従来の産業用ロボットが単調で反復性が高く危険性の高い作業に取って代わっていく中で、研究開発改造のインテリジェントコラボレーションロボットワークステーション各工業分野にも徐々に浸透し、人と共に働くことになるだろう。

1、コラボレーションオブジェクト

現在のロボットは独立してタスクを完了することができないため、適切なエンドツールをインストールし、ロボットワークステーションを構成するために必要な外部補助施設を追加しなければ正常に動作しません。 したがって、コラボレーションというと、ロボットではありません（Robot）と人との連携ではなく、ロボットシステム（Robot System)と人とのコラボレーション。

ロボットシステム（Robot System）の概念には、

産業用ロボット（Industrial Robot）；

エンドエフェクタ/ツール（End-effector（s））、

その他、ロボットのタスク遂行を支援するためのセンサ、機器、機械施設、外部軸など。

ロボットの安全に関するいずれかの仕様では、リスク評価（Risk Assessment）セクションの説明では、対象はすべてロボットシステムであり、この要件はコラボレーションロボット言っても同じだ。例えば、協働ロボットの端にカッターを取り付けて切断すると、ロボットは比較的安全であるが、使用するツールは非常に危険であり、ロボットシステムにとっては、ヒューマンコラボレーションの要件に適合することは難しい。

ロボットシステム全体の安全評価を行う作業の大部分は、インテグレータが行う必要があります。

協調ロボットは無条件に安全ではなく、使用する前に適切な防護措置を決定するためにリスク評価を行う必要があります。UR（Universal Robot）を例に、規定に適合するリスク評価を経ても、約80%の場合は追加の安全防護措置を使用する必要はありません：

Around 80% of the 6 axis UR robots worldwide operate with no safety guarding after initial risk assessment.

2、協力方式

人間とのコラボレーションといえば、まず考えられるのはUR、LBR iiwa、Sawyerのようなスリムで現代的な軽量ロボットだが、実際にはヒューマンコラボレーションはコラボレーションロボットの特許ではなく、従来のロボットでもコラボレーションタスクを実行することができる。

協力の程度が低いものから高いものまで、4種類のマンマシン協力方式（Methods），それぞれ：

Safety-rated monitored stop（セキュリティレベル監視停止）

Hand guiding（手動ブート）

Speed and separation monitoring（速度・距離モニタ）

Power and force limiting（電力と力の制限）

従来のロボットは適切なセキュリティコントローラを搭載している/セキュリティオプションの場合は、1 ~ 3の連携機能を実現できます。第4種については、一般的には実現が難しい。

Safety-rated monitored stop（セキュリティレベル監視停止）

これは、作業者が協力エリアに入ると、ロボットが動きを停止し、作業者が何らかの操作（例えば、ロボットに加工が必要なワークを取り付けたり、ロボットが使用するツールを交換したり）を実行するために安全な静止を保証するための基本的な協力方法です。人員が連携エリアを離れると、ロボットは自動的に正常な運転に復帰することができます（Non-Collaboratively），次の図を参照してください。

複雑に見えますが、実際には上の図の2つの赤い領域に注意すればいいだけです。 オペレータとロボットが同時に協調領域にある場合、ロボットは静止を保証しなければならない。

Hand guiding（手動ブート）

手動ブートは、現在のドラッグティーチングと同様に、少し先進的なコラボレーション方法です。手動ブートモードでは、オペレータが手動で操作する装置（Hand-operated device）運動指令をロボットシステムに転送します。マニピュレータがコラボレーション領域に入ることが許可され、手動ブートタスクを実行する前に、ロボットはセキュリティレベルの監視停止状態にある必要があります。オペレータは、ロボット端末またはロボット端末アクチュエータに取り付けられたガイド装置を手動で操作することで、ロボットのタスク完了を制御します。

手動ブートの操作手順は次のとおりです。

ロボットが連携エリアに入り、セキュリティレベルの監視停止をトリガし、手動ブートに備える――その後、オペレータは協力エリアに入ることが許可された、

オペレータが手動誘導装置を用いてロボットの制御を開始すると、安全監視が接触を停止し、オペレータがロボットの動作を誘導する、

オペレータが手動誘導装置を解放する場合、安全監視停止をトリガしなければならない。

オペレータが連携領域を離れると、ロボットシステムは非連携モードに復帰することができる。

オペレータが連携エリアに入ったとき、ロボットシステムが手動ブートの準備ができていない場合は、保護停止（Protective Stop）。

Speed and separation monitoring（速度・距離モニタ）

このモードでは、ロボットと人員が協力エリアに同時に現れることができますが、ロボットと人員が安全な距離を保つ必要があります。両者の間の距離が安全距離より小さい場合、ロボットはすぐに停止します。人が離れた後、ロボットは自動的に運転を再開することができますが、安全な距離を保つ必要があります。ロボットが移動速度を下げると、安全保護距離もそれに応じて小さくすることができます。

速度と距離の監視は、コラボレーション領域内のユーザに適しています。保護措置のパフォーマンスがコラボレーションスペース内の人数に制限されている場合は、使用説明に許可されている複数の人数を明記する必要があります。この数字を超えると、保護停止（Protective Stop）。

ロボットシステム内の危険な部品と誰かとの距離が安全な距離よりも小さい場合、ロボットシステムは次のようにしなければなりません。

保護停止をトリガする、

ロボットシステムに接続されたセキュリティレベルの機能（例えば、危険を引き起こす可能性のあるツールを閉じる）をトリガします。

ロボットが使用できる安全距離違反のリスクを低減する方法には、以下のものが含まれるが、これらに限定されない：

速度を落とし、安全な監視停止状態に切り替わる可能性があります。

安全な距離に違反しない経路を選択し、速度と距離の監視機能を有効にしたまま運動を継続する、

実際の距離が安全距離に達したり超えたりすると、ロボットは正常な運動状態に戻ることができます。

このコラボレーション方式の実現は、外部のセンシングまたは検出手段に依存し、コストに制約される/パフォーマンスの制限は、実用的ではありません。

Power and force limiting（電力と力の制限）

（iiwaは周辺の衝突や押出を検出でき、組み立て時に人員の不測の介入によって人体に被害を与えない）

（実験では、衝突検出機能を備えたKUKA iiwa，端に短刀を取り付けた後、人を傷つけずに安全に止めることができます）

上記の3つのコラボレーション方式は、ある意味では受動的な手段のように見えますが（厳密な意味では受動的ではありませんが）、本当にコラボレーションロボットを急速に発展させたのは、4つ目のより本質的で、より先進的で、より安全なコラボレーション機能であり、 つまりロボット自体が出力できる能力や力を制限し、傷害事件の発生を根源的に回避する。

また、上記3つの方法では、人とロボットとの直接接触は許可されていません（Physical Contact），一方、このモードでは、ロボットシステム（ワークを含む）と人体との間に故意または意図しない物理的接触を可能にする。

このモードでは、オペレータとロボットシステムとの接触が起こり得る場合は、次のようになります。

計画的なコンタクトは、アプリケーション全体の一部です。

予期せぬ接触状況は、操作手順を遵守していないことによるものかもしれませんが、技術的な障害はありません（technical failure）。

モードが無効になると接触が発生します。

動くロボット部品と人体の異なる領域との間で可能な接触は2つに分けることができます。

準静的接触（Quasi-Static Contact）：この場合は一般的に、人間がロボットや他の部品に挟まれていることを意味します。このとき、ロボットシステムは、挟まれた人体にその状態が解除されるまで持続的な力を加えます。

過渡接触（Transient Contact）：ダイナミックインパクト（Dynamic Impact），ロボットシステムの移動部材に人体が衝突し、ロボットシステムに挟まれたり閉じ込められたりすることなく、短時間の実際の接触を引き起こすこと。過渡接触はロボットの慣性、人体の慣性及び両者の間の相対運動速度の組み合わせに依存する。

（上図中の前者は過渡接触と見なすことができ、後者は準静接触と見なすことができる）

ロボットが出力する電力と力を制限することで、人間が機械のそばで安全に働くことを保証するとともに、ロボットの作業効率を低下させず、応用コストを増加させないことが、現在主流の協働ロボットが備える重要な機能である。