協作機器人VS傳統工業機器人

引言：協作機器人是當前工業機器人領域一個非常熱門的研究方向，國際機器人大廠陸續推出了多款協作機器人產品，國內也有很多廠商已經或者準備進入這個領域。當前，協作機器人的市值僅佔機器人行業的5%，但預期增長很大。據預測，到2025年，全球協作機器人的銷售額將從2015年的1.16億美金，增長到114億美金，增幅超過100倍，這幾乎相當於2015年全球工業機器人整機市場的銷售額。

協作機器人的起源

協作機器人的概念在1995年GM Motor Foundation贊助的一個項目中首次被提出。科研人員試圖找出讓機器人變得足夠安全的方法，以便機器人可以和工人協同工作。

但是真正得到大規模發展開始於2005年由EU FP6（Framework Programme 6）項目資助的SME Projekt。參與的企業包括ABB、KUKA、Reis、Comau、Güdel 等，其目的是尋找防止勞動力離岸（offshore）輸出到低勞動成本國家的方法。其主要的論點是，如果通過機器人技術增強中小企業（SMEs）的勞動力水平，降低成本，提高競爭力，就可以避免勞動力外包的情況（將工作機會留在國內）。因此，協作機器人最初的設計便是以滿足中小企業的需求為導向。

協作機器人相比與傳統機器人的三大優勢

1：安全性

傳統工業機器人一直以來都是高速度自動化設備的典範，但是由於歷史和技術原因，與人在一起作業的安全性不是機器人原始發展的重點，因此在絕大多數工廠中出於安全性考慮，一般都要使用圍欄把機器人和人員進行隔離。 幸好對於大部分之前機器人所從事的工作來講，並不需要人的參與，機器人可以獨立完成。

但是隨著人力成本的上升，很多之前很少使用機器人的行業也開始尋求機器人自動化解決方案，例如3C行業、醫藥行業以及眾多中小型企業。這些行業產品種類多、產品體積普遍不大且對操作的靈活度和柔性要求很高。因此，如果採用傳統的安全技術（防護欄、安全區域設計、光幕等傳感器設備），在生產發生變動的時候，調整將變得十分困難。

目前，國際上那些知名的機器人制造商都在協作機器人系統中集成了全新的安全技術，例如各種力矩限制、3D空間掃描、非接觸傳感技術等。這大大的降低了生產變化帶來的轉換成本，使得這些需要人類介入的工作能更好地結合人類獨特的技巧、能力，以及機器人精確、耐久性等特點。從某種角度上來講，全新的安全技術在協作機器人系統中的集成，不單單只是設計安全方面的考慮，還關係到企業的生產效率、生產靈活性以及成本等問題。

2：易於上手

傳統工業機器人不易使用，只有經過培訓的專業機器人工程師才能熟練使用機器人完成設定、配置、編程以及維護的工作，普通工程師很少具備這樣的能力。而協作機器人將注意力更多的集中在軟件的簡化和操作的簡化上。就比如手機的更新換代，我們過去使用的手機都比較笨拙，後來出現了安卓、蘋果系統等有著智能化程度更高、使用更簡單方便的電子產品設備。這大大降低了工業機器人操作的門檻，尤其是對於很多中小型企業，它們沒有辦法招募很多人才來做自動化解決方案，而協作機器人會給它們帶來便捷，普通的工人通過幾天的訓練，也可以做許多協作機器人的部署工作。

3：低成本

就傳統機器人而言，機器人自身的資本成本僅佔系統總成本的30％左右，剩餘的成本主要是機器人的部署和使用成本。假設一臺工業機器人的購入成本為100萬，系統集成商（System Integrator）的安裝、設定、配置則需額外花費100萬甚至200萬。另外，考慮到傳統機器人體積較為龐大以及安全性的問題，往往需要使用安全圍欄進行隔離。因此，在整個產線上為搭配每一個機器人生產管理所需"圈定"的操作環境需要耗費大量的時間與資源，佔用大片寶貴的廠房面積。

得益於協作機器人制造商在核心軟件技術上的投入，把傳感器集成統一的指令放在機器人當中，通過統一的界面和簡單的操作，來替代之前系統集成商才能完成的傳統解決方案，給用戶留下一個簡單易用的產品去部署和使用。因此，使用協作機器人的大部分場合可以做到即插即用（Plug-and-Play）。

經過幾年的發展，市場上已經出現了很多款協作機器人，以下列舉幾種主流的產品。

1、Kuka LBR iiwa

擁有7軸結構的iiwa，其傳感器使之具備了非常高的精確度，非常適合進行精細的連接工藝。同時它還可以通過學習來完善自己的功能，能夠幫助人類實現難以完成的操作，特別適用於柔性、靈活度和精準度要求較高的行業如電子、醫藥、精密儀器等工業，可滿足更多工業生產中的操作需要。其次，輕型的機身和溫和的操作，可以完美地與人協作，實現了以往人類和工業機器人前所未有的合作方。LBR iiwa憑藉其豐富的創意、紮實的技術和開創性的設計曾獲得被譽為設計界的“奧斯卡”的紅點設計大獎。

2、Bosch Apas

博世（Bosch）為此推出了其首個協作機器人解決方案：APAS助手是博世推出的首個協作機器人解決方案，它在安全上主要由特殊的傳感皮膚和軟件控制實現，操作訓練可在示教器上的圖形界面上完成。另外機器人還可安裝3D相機系統。Apas是工業界第一個通過認證的協作機器人系統——可以協助人類工作，且無需任何額外的防護。

3、Kbee-Franka Emika

Franka Emika是一個靈敏的七軸機械手，並且在每個軸上都配備有轉矩傳感器。車間工人可在無保護的狀態下同Franka協同工作，具有很好的活動性和靈敏性，重複精度達到0.1毫米。在出廠前Kbee公司就會將機械手安裝完畢，企業僅需短短几分鐘的裝配工作就能投入使用。

大部分協作機器人在提供圖形界面後只能完成一些簡單的Pick&Place任務，稍微複雜的工作還是會涉及到使用機器人語言進行編程。具官方資料介紹，Franka Emika擁有一套非常完備的圖形化編程系統，通過組合不同的基本元素，用戶可以在不具備任何專業知識的情況下編寫非常複雜的機器人程序。

4、Universal Robots UR3

該款緊湊型機器人自重僅為24.3磅，但是有效負載卻高達6.6磅，所有腕關節均可360度旋轉，而末端關節可作無限旋轉。這些獨特的功能使得UR3成為現今市場上最靈活輕便的協作機器人。

5、Rethink Robotics Sawyer

Sawyer 僅重19公斤（42磅），有效載荷達4公斤（8.8磅），並具有7個自由度，伸展範圍可達1，260毫米，它可以在狹小的空間以及各種為人類設計的工作區間內工作。這款機器人的每個關節都嵌有高分辨率的力度感應器，支持其順從動作控制），即使（取放的）部件或位置多變，Sawyer也可以通過“（感知）”找到（治具）或機器的位置。這種獨特的重複操作能力不僅在機器人行業獨一無二，也使得Sawyer在對誤差要求在0.1毫米內的（半結構化環境）中也能高效操作。

6、ABB Yumi

YuMi最酷炫的還是它的雙臂設計。它的每個手臂有7個軸，可以擴大工作範圍，減少卡距，靈活敏捷，精確自主。這樣的能力使得YuMi能夠輕鬆應對各種小件組裝的挑戰，從機械手錶的精密部件到手機、平板電腦以及臺式電腦零件的處理，甚至穿針引線，對YuMi而言，都不在話下。

另外，Yumi能自己觸摸到小件後通過傳感器來感知並完成相應動作，完全不需要人為控制，並且保證一流的操作精度（準確到0.02毫米），相當於人手能感覺到的最小縫隙！

7、FANUC Robot CR-35iA

協作機器人FANUC Robot CR-35iA是FANUC於2015年推出的一款全新的協作機器人，負載達到35kg，是當今世界上負載最大的協作機器人，運動半徑可達1813mm。作為一款協作機器人，CR-35iA可以在沒有安全圍欄隔離的情況下與人類在同一個空間工作。因為當CR-35iA接觸到人時，它就會立刻安全地自動停止，同時其綠色的柔軟罩殼可以緩和衝擊力，保證人員不受到傷害。良好的安全性能和較大的負載使得CR-35iA能夠被廣泛地應用於汽車製造、機床上下料等行業中。

協作機器人（Cobots）作為2017年漢諾威工博會的7大熱門主題之一，基本上所有領先的機器人制造商，都將在漢諾威展覽中心展示他們的最新的機器人技術發展，向世人展示人類機器人協作的好處。敬請期待我們駐德團隊在工業自動化展廳為您帶來的最新協作機器人發展動態。歡迎添加小編微信sino40，與我們一起暢遊2017年漢諾威工博會。