協(xié)作機(jī)器人（Collaborative Robot），指被設(shè)計成可以在協(xié)作區(qū)域內(nèi)與人直接進(jìn)行交互的機(jī)器人，中小企業(yè)（Small and medium-sized enterprises，SMEs）是協(xié)作機(jī)器人的非常重要的客戶群，而協(xié)作機(jī)器人的興起也與SMEs密不可分。

 

 

　　Esben Ostergaard, Kasper Stoy 和 Kristian Kassow在南丹麥大學(xué)一起做研究時創(chuàng)辦了Universal Robot，現(xiàn)在的CEO Esben Ostergaard當(dāng)時是南丹麥大學(xué)的助理教授，三個人發(fā)現(xiàn)了中小企業(yè)對機(jī)器人的新需求（也與當(dāng)時丹麥政府主導(dǎo)的一項機(jī)器人計劃有關(guān)），并在2009年推出了第一款協(xié)作機(jī)器人UR5。在UR5之前的絕大多數(shù)協(xié)作機(jī)器人都是在傳統(tǒng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上改造的，UR5是第一個從產(chǎn)品設(shè)計伊始就以協(xié)作機(jī)器人的要求進(jìn)行開發(fā)的機(jī)器人。

 

　　之后不久（2008年），著名機(jī)器人專家Rodney Brooks創(chuàng)辦了Rethink Robotics，其最初的目的是為了幫助美國本土的SMEs提高生產(chǎn)效率，降低成本，減少離岸外包。最初推出的雙臂Baxter并不是很成功，慢慢開始落后于UR，去年秋天推出了新款的單臂Sawyer機(jī)器人，市場接受度如何還有待觀察。

 

　　在UR和Rethink之后，成長出一大批新創(chuàng)立的協(xié)作機(jī)器人公司，市場上的協(xié)作產(chǎn)品也越來越多，協(xié)作機(jī)器人的概念開始慢慢被大家所認(rèn)識和接受。
 

 

　　在第九屆中國國際機(jī)器人高峰論壇上，珞石(北京)科技有限公司機(jī)器人事業(yè)部總經(jīng)理的王皓先生和我們分享了珞石科技在協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域的探索實踐和應(yīng)用，以及落地的分享。

 

 

　　協(xié)作機(jī)器人也屬于工業(yè)機(jī)器人，但是和傳統(tǒng)的六軸機(jī)器人相比，在工藝上有什么區(qū)別？“在機(jī)器人行業(yè)的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的六軸機(jī)器人廣泛應(yīng)用在汽車、3C行業(yè)，而這些行業(yè)都屬于大的代工企業(yè)，生產(chǎn)線成熟、工業(yè)穩(wěn)定，一年換產(chǎn)的幾率非常高，工程師編好程序，直接開始生產(chǎn)就可以了，像這種注重效率的應(yīng)用，必須使用六軸機(jī)器人，”王皓說道：“而在推廣的過程中，發(fā)現(xiàn)很多的小企業(yè)，例如集成商，在生產(chǎn)線上換產(chǎn)非常頻繁，對于這些中小企業(yè)，他們的訴求是更希望可以換產(chǎn)頻繁，易操作。最重要的一點就是安全，傳統(tǒng)的機(jī)器人總之要用安全圍欄圍起來，每年發(fā)生很多的事故，需要大量的成本在安全系統(tǒng)，協(xié)作機(jī)器人需要和人共同完成生產(chǎn)，必須解決安全性的問題。”

 

　　總結(jié)二者的區(qū)別就是，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人是單一的品種，批量大規(guī)模的生產(chǎn)；協(xié)作機(jī)器人是定制化、多品種，小批量的生產(chǎn)。所以協(xié)作機(jī)器人必須滿足幾個特點：易用、安全、低成本。能夠自主規(guī)劃圖形化編程、拖動示教，降低系統(tǒng)集成培訓(xùn)、編程維護(hù)成本；安全的設(shè)計，降低硬件防護(hù)投入，減少占地面積減少安全投入。

 

　　第一代，基于傳統(tǒng)機(jī)器人的改造。這類協(xié)作機(jī)器人基于現(xiàn)有機(jī)型，負(fù)載、臂展選擇余地大，探測手段可選種類多；但是自重大導(dǎo)致速度必須很慢，而且精度安全性有一定的缺陷，舊產(chǎn)品設(shè)計思路與協(xié)作不符，改造成本高，與人機(jī)協(xié)作的理念有一些不太符合。

 

　　第二代，成本/性能達(dá)到較好平衡，且大規(guī)模生產(chǎn)并為大家所熟知的“協(xié)作”機(jī)器人。例如UR這一類市場占比較大的的協(xié)作機(jī)器人，特點就是輕量化、低電壓、負(fù)載小，是相對比較安全的一種傳統(tǒng)機(jī)器人變種，結(jié)構(gòu)簡單，對控制和規(guī)劃要求比較低，能夠滿足一般物料搬運、定位、和機(jī)床上下料的需求。但是在價格、易用性、柔性、安全性上海存在很多問題。

 

　　第三代，進(jìn)化版協(xié)作機(jī)器人。以ABB為代表的協(xié)作機(jī)器人，具有精確的機(jī)械臂動力學(xué)模型，精確傳動模型以及振動補償；具備無扭矩傳感器，通過極大地降低自重和負(fù)載的方式把自身摩擦力、慣量對拖動、碰撞、力控的影響降低到足夠多的的水平。但是這個線纜在里面的設(shè)計不是一個重工的電機(jī)，線纜走向比較復(fù)雜，設(shè)計原理決定了無法做大負(fù)載機(jī)型，真正的落地還需要改進(jìn)。

 

　　第四代，基于SEA的柔性機(jī)器人。Soft robot based on SEA（Serial Elastic Actuator），仿生手臂道路上的中間版本，也是目前成本和性能平衡性較好的下一代協(xié)作機(jī)器人技術(shù)。

 

　　這種機(jī)器人每一個關(guān)節(jié)有一個柔性傳感器，把傳統(tǒng)的前三代的位置控制，都是控制機(jī)器人的末端，從某一個點達(dá)到某一個點，根據(jù)時序進(jìn)行控制，改成一個高控或者低控，直接力控制，可實現(xiàn)高動態(tài)力控，高靈敏拖動示教/碰撞檢測；真正用每一個關(guān)節(jié)的傳感器進(jìn)行閉環(huán)的反饋，實現(xiàn)控制檢測，這些機(jī)器人都是我們認(rèn)為在關(guān)節(jié)增加了力傳感器可以很好結(jié)果力控的柔性的一種機(jī)器人。

 

　　新一代柔性協(xié)作機(jī)器人xMate

 

　　分析了四代協(xié)作機(jī)器人的產(chǎn)品和機(jī)器人操作系統(tǒng)，目前需要思考的是協(xié)作機(jī)器人能應(yīng)用在什么場景，什么場景是傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人不能應(yīng)用，或者完全不能解決的問題。珞石在調(diào)研了汽車零部件、3C行業(yè)、基礎(chǔ)加工以及學(xué)?？蒲械刃袠I(yè)應(yīng)用之后，這幾個市場占了工業(yè)機(jī)器人九成的份額，去年全球賣了40萬臺機(jī)器人，但是只有5%的工業(yè)應(yīng)用是在機(jī)器人的應(yīng)用，還有大量的工藝沒有被開發(fā)，是原來的機(jī)器人做不了的。比如衣服，比如一個鈕扣，比如一個簡單的就是這種復(fù)雜的需要模擬人形或者人的動作來實現(xiàn)的裝備，其實都是采用力的感知來進(jìn)行的。協(xié)作機(jī)器人主要應(yīng)用在力感知上。例如指紋箱和變速箱，包括電動板，一些精密的對準(zhǔn)了可以插進(jìn)去的機(jī)器，包括一些打磨，包括這些力控的環(huán)境，都是需要協(xié)作機(jī)器人結(jié)合力控環(huán)境進(jìn)行一個布局。
 

 

　　所以珞石在得到這些反饋之后，不斷地改善、迭代，真正意義上做到柔性的協(xié)作機(jī)器人——新一代柔性協(xié)作機(jī)器人 xMate，它具有的特點是：極致安全、一觸即停；極致靈活，接近人手；極致靈敏，精準(zhǔn)觸控。七軸設(shè)計，有更佳的靈活性和適應(yīng)性，每個關(guān)節(jié)配備力的傳感器，進(jìn)行一個直接的力控的框架，七軸可以看到它可以在空間任何一個位置在可達(dá)的基礎(chǔ)上可以非常適應(yīng)推出不同機(jī)型的形態(tài)姿態(tài)，讓機(jī)器人的布局非常方便。第二沒有控制柜的緊湊設(shè)計，由于是低壓測試，我們的伺服在緊湊的本體可以用現(xiàn)代非常狹窄的空間，本體的重量也是下降了很多，基本比傳統(tǒng)的機(jī)器人下降40%。

 

　　珞石科技在這方面的產(chǎn)品中解決了以前的拖動示教的問題，就是原來的拖動不靈敏等等，傳統(tǒng)的一些機(jī)器人都是按照電流的反饋進(jìn)行控制。還有碰撞檢測，其實跟拖動示教是一個原理，高控和低控實現(xiàn)傳統(tǒng)電流檢測的不靈敏，真正意義上碰撞能量大，以及緩沖上力的控制。協(xié)作機(jī)器人使用簡單，是否真正可以實現(xiàn)部署成本非常低，可以看到我們不能用性能降低解決綜合的一個成本，協(xié)作機(jī)器人雖然精度上比傳統(tǒng)機(jī)器人低了一個數(shù)量級，但是可以看到它解決的是很多的傳統(tǒng)機(jī)器人不能解決的問題，比如力控的裝配和打磨，這些是只用位置控制不能解決的問題，這時候其實部署成本反而比以前有了一定的降低。

 

　　王皓先生說道：“我們在力控柔性協(xié)作機(jī)器人上的應(yīng)用，可以定義一個自己的市場，希望和同行共同交流，在協(xié)作機(jī)器人這個市場，可以找到非常好用的一個產(chǎn)品，讓大家不需要在非常高的供求成本，不需要這么多的電器工程師轉(zhuǎn)產(chǎn)維護(hù)，為器械這個行業(yè)做出珞石應(yīng)有的一份貢獻(xiàn)。”