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自從17年開始寫公眾號以來，DELTA、SCARA、六軸都已經寫過了，在大的門類中，就只剩下協作還未寫過，沒錯，這一期我們來聊聊協作機器人。 個人認為，就目前而言，協作機器人并不存在，或者說目前還處于協作機器人的初級階段，只不過在機器人行業幾十年未有突破的情況下，“協作”這個概念引爆了一個風口，但凡能拖拉示教與碰撞檢測功能的機器人都敢自稱協作機器人。 協作雖假（或者說協作雖未到火候），但協作機器人所引出的模塊化、輕量化的概念卻有實實在在的現實意義。 目 錄 協作機器人介紹 協作機器人的門派之分 協作機器人的典型結構 協作機器人的應用 * Z, y! Y5 I! ]. }8 i
結語
# C w$ O1 Z7 G- P5 q/ m 協作機器人介紹 關于什么是協作機器人，網上已經有大量文章描述了定義與愿景，這里不廢話，按照ISO/TS 15066文檔中對機器人的描述是“為能夠與人員在協作工作區內直接交互而設計的機器人”，用老百姓的話說，這貨不是豬隊友，跟他在一起玩時，他既不會自爆也不會爆你，大家手牽手，都是好朋友。 ![]() ISO的定義強調兩個關鍵詞：“協作工作區”和“直接交互”。協作，安全為先，所以ISO 10218自然更強調協作機器人是安全的，所以才能實現機器人與人共享協作工作區，但是什么安全，ISO就說不清了，只有一句“不應該產生傷害”的概述。那么什么叫傷害，這誰說得清，相同的力道一拳過去，練家子可能啥事兒沒有，一般人可能就暈過去了。 ![]() 這也難怪，畢竟標準總是落后于現實，ISO 15066 也是2016年才發布這么一個初稿，后續要細化還有很長的路要走。也正是因為標準的模糊，所以只要去掉圍欄，只要能拖動示教，只要有碰撞檢測，只要看起來像協作，都自稱協作機器人。說得更直接點，現在的現象是，只要看起來像UR，都是協作機器人。 協作機器人的門派之分 都是實現人機協作，都是為了去掉傳統的圍欄，采用的策略卻各不相同。
; }+ Y- Q' h, W; F- r# d9 @( T主動防御式 ; _9 ~/ I5 s& t M5 D
這是一種兼顧協作機器人與傳統機器的理想模式，即在機器人周邊劃分不同的區域，由傳感器監測區域內的動態，傳感器可能是光幕，可能是視覺，可能是激光測距傳感器，用來代替圍欄，創造出虛擬空間。 當人在虛擬空間以外時，機器人高速做生產工作，而當人進入虛擬空間時，機器人減速或者暫停。這里更多是軟件層面的安全系統，所用的機器人甚至不一定是現在所謂的協作機器人，傳統的機器人也可以。 比較理想的設置是，在機器人的周邊劃分成在三個區域，姑且稱為外空間，中空間，內空間，當人處于外空間時，機器人高速工作；當人進入中空間時，機器人慢速工作；而當機器人進入內空間時，機器人二次減速，龜速工作，此時機器人與人非常靠近，一旦機器人與人發生碰撞，機器人停止。當人遠離機器人時，機器人又自動按人所在的空間對應不同的速度工作。 理想很豐滿，現實卻很骨感。實際應用場景卻要復雜得多，如何判斷人在哪一個空間、如何保證傳感器的穩定性、如何定義慢速/龜速，如何自行恢復等等根據不同的應用場景都有相當復雜的組合，所以這種策略的實施非常困難，實際的案例中也只是實現了部分策略。 典型案例：FANUC雙重防碰撞安全檢測技術，策略也比較簡單。此功能可在人機作業的環境中，在機器人周邊構成一個虛擬的安全作業區域，當人員進入該區域觸發安全機制時，機器人暫停當前的工作，進而達到保護人員，避免受到傷害的情況。 當機器人在運作時，四周不需要安全圍欄，在無外界干預時機器人全速運行，信號燈以綠色表示；當人員進入預警區時，機器人速度減慢，信號燈顯示黃色；當人員進入危險區，會對人員造成傷害時，機器人緊急停止，信號燈以紅色表示。 ![]()
4 y1 y# z: R" q# m緩沖式
4 P+ n$ l& ~" G9 ?: G 由于主動防御實在哪保周全，于是衍生出另一種補救方式——電子皮膚。即在傳統機器人上包裹一層軟材料，并發生碰撞時，既能做緩沖降低傷害，同時這種材料本身也是一種傳感器，可以感知外界的力，達到協作的安全目的。 典型案例：Staubli的TX2 touch，從碰撞檢測感知上看，反應非常靈敏。 然而，目前電子皮膚的技術仍是開發階段，成熟產品少，價格也相當高，限制了其應用。而且很多時候機器人并不是整體包裹，比如基座、末端法蘭露出，其實仍免不了安全隱患。 ![]()
K( d7 b* J3 y' z+ z- V% A5 G* `7 O7 H
力控式 * C& e1 H2 h& t( T
力控式是目前協作領域最常用的方式。設想假定裝配某一個產品的力是2KG的力，機器人固定輸出2KG左右的力，超過2KG時，或者受到外界的其他力時，則判斷遇到了不可繼續的阻礙，機器人則自動停止，人為介入，防止傷人。從安全方面來，也是退而求其次，挺好的策略，而且也是相對容易實現的策略。于是，目前大眾所認識的UR式協作機器人應運而生。 再分細一點，力控又分成三個大的方向。以UR為首的高性價比方案，通過監測電流來實際力控，結構相對簡單，容易實現，性能上力控的精度自然要差很多，但是對于追逐潮流來說已經夠了。 另一派是以KUKA為首的力傳感器方案，采用高精度的應變片，實現精確的力控，什么壓蛋不破，刺手不傷，釘刺氣球不破，都是經典DEMO，然而，因為結構復雜，成本高，投入大，周期長，回報慢，敢入局，能入局的玩家甚少。 還有就是在末端增加六維力傳感器來實現精準力控，這種其實是比較成熟的技術，在協作概念未火之前已經有較多的使用，只是搭著協作的風打了個擦邊球。價格嘛~~~~呵呵呵呵呵呵~~~~~
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非主流式
2 `; G4 x5 `( n9 [( C0 D6 _ 上述只是列舉了典型方式，也有不少廠家是采用了綜合的方案，比如使用了協作機器人，還包裹了緩沖材料，或者還增加了安全區域檢測，組合還是挺多的。 另外也有一些小眾方案。 直驅電機：前面講的UR類協作是通過監測電流實現力控有很大的局限性，原因是UR類協作機器人的模組的驅動是由電機加減速機組成，減速機本身有較大的靜摩擦力，而且相同規格的差別還挺大，所以如果是較小的力，電機這邊根本看不到電流變化。直驅電機正好彌補了這個缺點，既能輸出足夠大的力，外界的力又直接被電機感知，故能實現非常順滑的力控，穩定性也要比應變片好得多。然而~~~~~上帝是公平的，目前直驅電機的功率密度仍然遠遠達不到理想需求，相同的扭矩，直驅電機的體積實在太大了，限制了構型與使用，價格上仍是偏貴，但相比iiwa來說，簡直白菜價。 典型案例：慧靈 ![]() 氣動方案：來自氣動界霸主FESTO的杰作，采用氣缸實現了協作。不管是想法還是技術還是顏值，都是相當哇塞，價格嘛，我想應該也挺哇塞的~~~~~
) j' m1 H/ T" ]7 A+ F/ c: q5 L: q4 s4 E ![]() 學霸方案：要說協作的鼻祖，不得不提Rethink的悲劇人生。引領協作潮流，又不得不賣身求存，技術路線完全拋棄成熟的減速機，幾乎都是采用自研的結構，只可惜，時代看上了學霸，但市場沒看上~~~~~向學霸致敬，希望早日歸隊。 ![]() " E0 w6 h) f% N* B$ {1 U0 r! C
9 k# X, I w5 Z `1 i$ g: Q @看得不過癮？沒關系，未完待續![]()
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發表于 2021-8-28 15:47:09
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