工業4.0的制造前景包括從自動化制造向智能制造概念的轉變。工業4.0發展中的一大期望是在小批量生產中滿足客戶對產品變化的需求，從而不會浪費重新配置組裝線等時間。

智能制造的實現將通過物聯網的概念進行，其中每個參與組件都有其已知的IP地址。在這種情況下，智能制造生產系統不僅要以小批量的生產產品來滿足客戶的需求，還必須具有更好的預測性維護，產品設計的穩健性和適應性生產等特點。為了使智能機器人工廠能夠在工業4.0和物聯網的環境中工作，因此機器人將在未來的制造業中承擔大部分工作，但是人類工人必須留在工作區域中，擔任監督角色或從事未經機器人培訓的工作。在機器人工作區域內或附近，人類不斷出現，這改變了人們對機器人工作區域的柵欄和禁止方式，需要機器人和人類可以安全地共存和協作。

在這種情況下，機器人與人類共享相同的工作空間，并進行工業活動，例如原材料處理，組裝和工業產品轉移。傳統的方法是使人類在有限的范圍內接觸機器人，并采用適當的安全控制措施，以防工人進入機器人的工作區而導致機器完全停止，一旦進入，會導致中斷和重置程序被激活，延長生產時間。隨之出現了新提議的方法，即安全的人機協作(HRC)，沒有任何圍欄。為了實現這一點，需要采用協作式機器人網絡物理系統(CPS)實施額外的安全和保護措施，這要求基于人與機器人之間的交互程度，確保安全性，并提高生產率。實際上，協作機器人網絡物理系統的設計方法是將安全性和安全性問題進行合并，就像設計同時考慮這兩個方面的工業設施，下圖是協作型機器人的幾種應用類型。 

人機協作機器人網絡物理系統是一種智能系統，其中集成了計算和物理系統，以控制和感知現實世界變量的變化狀態。這種CPS的成功取決于可靠，安全和可靠的傳感器網絡和通信技術。CPS平臺不斷發展其架構，以跨越數字物理鴻溝進行工程設計，并消除了關鍵技術之間的界限。特別是，其中包括電子，計算，通信，傳感，驅動，嵌入式系統和傳感器網絡等。CPS模型中主要包括三個組成部分，人為成分，物理成分和計算成分。

這三者是集成在一起的三個模塊。隨著使能技術的發展，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連接在一起，例如，人體位置跟蹤和安全距離參數是機器人CPS中工作人員安全的重要考慮因素。機器人系統是高度自動化的系統，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，聽覺和觸覺的人機交互技術。機器人CPS可以使用視覺系統來檢測，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器人。各類傳感器和執行器可以使三者之間產生多種不同的交互方式。

在人機協作中，會在CPS中應用多種傳感器，以確保安全性。傳統方法是手動提供指導或根據要求降低機器人速度，該類方法多為開環的，其人機協作的水平取決于應用現場的風險評估，而且局限于小型機器人的應用。

第二種安全方法是指定一個工作區，該工作區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，機器人必須在人員進入工作區域時停下來。該系統是傳感器相關的閉環系統，但是幾乎沒有達到人機協作的操作目的，如下圖所示。

第三種方法是通過基于視覺的系統或其他可能的技術進行速度或距離監視。如果工人進入危險區域，機器人可能會減速甚至停機，其中使用了多種集成傳感器和傳感器融合技術，極有可能達到較高的人機協作水平，但是如果監視功能失敗，則也會帶來一定的風險。

最后一種方法是通過使用力傳感器進行力監控。機器人的速度和加速度的降低將根據允許撞擊工人身體部位的力的大小來進行。力大小會因身體不同部位而異。該方案提供了較高水平的人機協作程度，但是還要求集成多種類型的傳感器，融合傳感器，并在監視功能失敗的情況下對風險評估提出挑戰。

通過上述幾種不同的協作技術和相應的人機協作水平，研究人員正式確定人機協作評分方案和衡量標注。其一是計算安裝在CPS系統中的傳感器數量。其二是單個傳感器或同一類型傳感器組的數據速率，因為每個傳感器的延遲時間都取決于整個系統的響應時間。因此，系統的總體延遲時間是關鍵性能指標，使機器人能夠及時啟動安全協議以應對任何危險，較大的延遲時間會對機器人的反應時間產生不利影響，從而降低人機協作的水平。