摘要：在工厂里逛一圈，经常能听到师傅们吐槽协作机器人的操作器：“戴着手套按半天没反应，想调个参数得翻三四层菜单”“有时候按了暂停，机器人愣两秒才停，吓出一身汗”。

在工厂里逛一圈，经常能听到师傅们吐槽协作机器人的操作器：“戴着手套按半天没反应，想调个参数得翻三四层菜单”“有时候按了暂停，机器人愣两秒才停，吓出一身汗”。

协作机器人

这些吐槽的核心，其实都指向一个东西,人机界面（HMI），也就是咱们常说的示教器和控制软件。

这玩意儿可不是简单的“遥控器”，它是师傅和机器人沟通的唯一桥梁，操作顺不顺手、反应快不快，直接影响生产效率，甚至关系到安全。

但现在不少机器人的HMI，要么把界面做得跟复杂报表似的，数据堆一堆；要么反应慢半拍，师傅急得直跺脚；还有的按键布局反人类，用久了手腕都疼。

好在有个叫ISA-TR101.02-2019的标准，专门对工业HMI的可用性和性能提了要求。

咱们照着这个标准，从“怎么让人用着舒服”“怎么保证不卡壳”“怎么确保没毛病”三个角度，给机器人HMI搞套优化方案，全是能落地的实在招。

HMI好不好用，核心不是功能多全，而是师傅能不能“少费脑子、少动手”就把活干了。这就得从示教器的手感，到软件的界面逻辑，全按工业场景的实际需求来改。

先说示教器，这玩意儿是师傅天天拿在手里的，手感太重要了。之前有些示教器做得跟板砖似的，一斤多重，举着调试两小时，胳膊都酸了。

现在得把重量压到500克以内，差不多就是一瓶小矿泉水的重量，长时间拿也不累。

还有按键，师傅干活都戴劳保手套，之前有些按键键程太短，按下去没反馈，总怀疑自己没按到。

现在得把键程控制在0.8到1.2毫米之间，戴手套按也能清晰感觉到“按下去了”，而且常用的急停、点动、保存程序这些功能，必须设物理按键，不能藏在触屏里，万一触屏失灵还能应急。

触屏本身也得扛造，车间里油污多、粉尘大，有时候师傅手上沾着水就得操作，所以触屏得用防刮防眩光的玻璃，像手机里常用的康宁大猩猩玻璃就挺合适，湿手、戴手套都能划得动。

遇到车间强光直射，屏幕亮度得自动调到500cd/㎡以上，不然参数看不清楚，调错了就麻烦了。

界面逻辑也得简化，ISA标准里说“导航别超过3次点击”，这点特别关键。

之前有些示教器，想调个坐标得先点“设置”，再点“运动参数”，再点“坐标轴调节”，翻半天才能找到。

现在得改成三级菜单：首页直接显示机器人当前的坐标、速度、负载，还有手动控制、程序调用这些常用入口；

点进去到功能页，就只留当前任务需要的控件，比如手动控制页就只放坐标轴调节、速度档位；

再点到详情页，也只显示相关参数，没用的信息全删掉，师傅不用在一堆数据里找重点。

再说说控制软件，很多工厂的控制软件界面，打开跟看仪表盘似的，各种数据密密麻麻，师傅想知道机器人现在跑的是什么程序、有没有故障，得在一堆数字里扒。

其实软件得搞“分层显示”，跟咱们看手机消息似的，先看概要，再看细节。

第一层是总览页，用雷达图、仪表盘这些直观的图，把机器人的运行程序、状态、有没有故障直接显示出来，

要是出问题了，比如电机过载，不光数字变红，还得跳个故障图标，双重提醒，师傅扫一眼就知道情况。

第二层是功能模块页，把机器人的活分成几块：移动、程序、日志、设置、管理，师傅想调坐标就点“移动”，想改程序就点“程序”，不用在一个页面里挤一堆功能。

第三层才是参数配置页，比如调运动速度、加速度，或者设I/O接口，每个参数旁边都得放个小问号，师傅点一下就能看到“这个参数是干嘛的，安全范围是多少”，不用再翻厚厚的说明书。

另外软件还得能“变模式”，比如师傅编程的时候，有的师傅习惯拖积木似的图形化编程，有的习惯写代码，

软件就得同时提供这两种方式，图形化编程拖完模块还能自动生成代码，省得重复干活。

要是师傅想监控生产，软件得能切“实时”和“历史”两种视图，实时视图看当前任务进度，历史视图用折线图显示24小时内的运行数据，哪里出了异常还能标出来，方便复盘。

最后还有两个细节得注意：一是“一致性”，比如所有页面的“确认”键都做成蓝色圆角矩形，放右下角；

急停用红色，正常运行用绿色，而且不能只靠颜色分辨，得搭配图标和文字，不然色盲师傅就麻烦了。

二是“防错”，比如删程序、改关键参数的时候，得弹个框让师傅再确认一遍，甚至输个验证码，避免手滑误操作；

输入速度、负载这些参数时，软件得自动限制范围，比如速度只能输0.1到1000mm/s，输多了就提示“超安全阈值了”，还得能看最近1小时的操作记录，万一弄错了能一键恢复。

要是师傅按了操作键，机器人半天没反应，不光耽误干活，还可能出安全事故。

ISA标准里明确说了，工业协作机器人的HMI属于“高速机器控制”，调用功能、刷新数据都得在1秒以内，这就得多从软件架构和硬件配置上想办法。

软件方面，之前有些控制软件是“单线程”运行，也就是实时控制、采集数据、渲染界面全挤在一个进程里，有时候采集数据多了，界面就卡住了。

现在得把这三项拆成三个独立进程，各自干各自的活，就算数据采集忙，界面也不会卡。

还有常用的数据，比如机器人的模型参数、经常用的程序，别每次都从服务器里调，先存在本地缓存里，师傅调用的时候直接读缓存，不用等服务器响应，速度能快不少。

硬件也得跟上，示教器的处理器至少得是四核的ARMCortex-A53，内存不低于2GB，不然同时开几个功能就会变慢；

控制软件跑的服务器，得用工业级的CPU，比如IntelXeonE3，再配个SSD固态硬盘，读数据、写数据都比普通硬盘快。

通信也很关键，机器人的状态数据得实时传到HMI上，要是传输慢了，师傅看到的就是“过去时”的数据。

所以得用EtherCAT或者Profinet这种工业以太网协议，传输速率至少100Mbps，确保数据同步不延迟。

另外车间里的环境比较恶劣，电磁干扰多，电压也可能不稳定，HMI得扛得住这些。

示教器的防护等级得达到IP65，也就是能防粉尘、防喷水，就算车间里溅点水、落些灰也不怕；

电路得做电磁兼容设计，加个屏蔽层、装个滤波电容，减少干扰；电源模块得支持100到240V的宽电压输入，不管工厂里电压怎么波动，都能正常工作。

软件还得有“备用方案”，比如突然断网了，示教器得自动切到“离线模式”，师傅能在本地临时编程序、调参数，等网通了再把数据同步到服务器；

机器人的位置、速度这些关键参数，本地和服务器各存一份，就算一边数据丢了，另一边还能恢复，不用重新设置。

现在工厂里的系统越来越多，机器人HMI还得能跟MES（制造执行系统）、WMS（仓库管理系统）这些连起来，

所以得留标准化的接口，比如OPCUA、MQTT这些通用的工业协议，方便数据互通；

示教器也得有USB、HDMI接口，能外接键盘、鼠标、显示器，有时候师傅想在大屏幕上看参数，接个显示器就行。

HMI优化完不是结束，还得通过全周期的测试，确保在车间里能用、好用、长期用都没问题，这就得按“设计-开发-运维”三个阶段来做测试。

设计阶段，先做个高保真的原型，用Axure或者Figma画出来，然后找一线师傅来试。

比如让师傅模拟调试机器人、编写程序、排查故障，记录师傅完成这些任务要多久、会犯多少次错、操作路径顺不顺，

再跟师傅聊“哪个菜单找起来费劲”“哪个参数看不懂”，根据这些反馈改原型，别等做出来了才发现问题。

示教器的人体工学也得测，找不同手型、不同体重的师傅，试试手持的舒适度，按键按起来方便不方便，再调整按键布局和重量分布；

控制软件也得在不同分辨率、不同操作系统上试，确保在电脑、平板上显示都正常。

开发完成后，得用专业工具做性能测试。比如用LoadRunner模拟100台机器人同时连控制软件，看看服务器的CPU占用率、内存使用率高不高，响应时间有没有超过1秒；

用Wireshark监控通信链路，测测传输速率够不够、有没有丢包；用JMeter测软件接口的响应速度，确保符合1秒的要求。

还得模拟各种异常情况测试，比如突然断网、断电，或者输入错误的数据，看看HMI能不能处理,断网了能不能切离线模式？断电后数据丢没丢？输入错数据了会不会提示？这些都得测到位。

HMI上线后，也不能不管了，得建个“反馈-优化”的循环。在控制软件里加个反馈入口，师傅遇到问题能随时提交；

后台实时监控HMI的运行数据，比如响应时间变慢了、某个功能经常出错，都能及时发现；

每季度找师傅们做次调研，结合监控数据和师傅的反馈，再做优化，比如某个功能操作步骤太多，就简化流程；某个参数标注不清楚，就重新写说明。

其实说到底，工业协作机器人HMI的优化，不是搞什么高大上的技术，而是把“师傅怎么方便、怎么安全”放在第一位。

示教器做得轻一点、按键舒服一点，软件界面看得明白一点、反应快一点，再通过测试确保不出问题，师傅用着顺手了，机器人的价值才能真正发挥出来。

现在机器人越来越往“柔性化”“智能化”发展，以后可能还要适配AI视觉引导、多机器人协同这些场景，HMI的挑战还会更多。

但只要始终盯着“师傅的实际需求”，跟着标准来，就一定能做出更好用的HMI，让机器人真正成为工厂里的“好帮手”。

来源：知识分子李一