世上無協作，只怕有心人（下）

ww112358134711

' U& O+ J4 i" S$ E! C: e

   書接上文，上文書說道，協作機器人與人可以在同一個協作工作區并且直接交互，又講述了協作機器人的門派之分。今天咱們接著往下聊。

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

- S& R2 ]7 i8 _% y% v. h

結語

- i# N7 a$ ^) c, Z7 @   

協作機器人典型結構
: f( T6 ~; y: i: i4 Y; t

前面講過，現在市場超過90%的所謂協作機器人都是采用UR的方案或者在UR的方案上做演變。
* \+ J) \! i% y8 p' C' {

不得不佩服中國工程師的解題能力，短短幾年，UR的結構已經被徹底破解，并且快速結實國產化、廉價化。當然UR穩坐協作機器人第一把交椅（至少目前是）并非靠的本體結構。模塊化的設計是UR先發制人的優勢，靠著新穎的結構，協作的概念炒作，UR快速占領市場，積累了大量用戶體驗，所以盡管關于UR本體的吐槽不絕于耳，但對UR的用戶體驗又贊不絕口，并且豐富的接口與配件也相當實用，當然，前提是你用得起~~~~

關于協作機器人的結構分析，網上有很多專業的文章，特別是UR的拆機文章挺多的，iiwa大多是猜測與推測，大概是因為買不起，買得起也拆不起吧。哈哈哈哈哈~~~~~

今天，我們換個角度，不深入談點，而是從面的角度聊聊從典型的UR結構往外衍生出哪些變化。

      首先快速講一下UR模組的結構，要詳細的可以在網上找找相關的解析文章。結合下面找到的幾個典型圖片我們來做分析。

傳統的機器人驅動是電機加減速機的組合，電機實際包含了電機、剎車、編碼器三個部件。UR在這個基礎上把高壓電機變成了48V無框電機，結構緊湊，同時低壓電機也更符合安規要求。剎車則是撞針式（也叫插銷式、五爪剎車、六爪剎車，結構原理相同）。編碼器則拆分成兩個，電機端為增量式編碼器，控制速度與加速度，另一個則在減速機的輸出端，控制位置。同時把驅動器也集成在了電機上，現在99.999%的模組都是這樣的布局。
3 a' \3 W( p5 j; }

雖然這是當前使用最多的結構，然而卻不是最優結構，因此在這個基礎上衍生了不少變化。

      第一，諧波減速機成本較高，為了降低成本，自然是要換國產，UR也是大量使用綠的減速機，成為綠的最大客戶。然而，有UR這樣的品牌與量能讓綠的壓價到底的實在太少，于是便有廠家劍走偏峰，諧波用不起，那我用行星啊，行星的價格可以做到多低？大概可以做到諧波的1/10吧。行星精度雖低，但也看應用，而且行星低噪音、低發熱、低摩擦的優勢其實與協作也挺配，比如諧波的增速啟動扭矩比行星要大多了，影響拖拉示教性能。另一方面，行星裝配也比諧波要簡單一些，除了精度的犧牲，行星也無法走中空結構，無框電機都省了~~~~按照現在協作負載越做越大的趨勢，我估計很快RV的模組也會出現了~~~

第二、插銷式剎車其實存在致命缺陷，也是UR發生最多的客訴之一。想想插銷式剎車的原理，剎車時插銷必須要插入爪與爪之間的間隙，那萬一剛好插在爪子上呢？如果爪子沒有壞的話，理想情況是爪子繼續旋轉直到插銷滑入間隙。而打開剎車時，由于重力的關系，爪子與插銷一定是挨著的，所以插銷不能直接拔出，需要讓關節先運動一個小角度使得插銷位于間隙中才可以抽出。那么萬一剎車后發生碰撞呢，那就是插銷與爪子硬碰硬，要么爪子壞，要么插銷壞。想想如果UR機器人放在車上，如果不是固定死的，在路上顛簸幾下，或者發生了碰撞，恭喜你，很可能機器人就該換模組了。而這一切都會被歸結為一個問題：客戶使用問題~~~~掏錢吧~~~~

至今為止，UR仍是采用這種剎車設計。不過在e系列上，UR在這個上面做了改良，剎車狀態下硬推關節，超過某個力，是可以把爪子推動了，這大概是出于安全考慮，避免如果出現壓到人的情況，可以相對容易把機器人拉開，但也可能是出于成本跟體積的考慮，UR還是保留插銷式，只是改善，而不是根除，因為雖然爪子可以動了，但爪子一動，零點就丟了，還是得返修。想想也是，沖壓的鈑金跟電磁鐵能值幾個錢~~~~所以明知這個方案有問題，國產大多數廠家還是照抄不誤。

       當然也有開拓者，也有不少廠家更希望有更合理的方案，于是有部分廠家把插銷式剎車換成了傳統的摩擦式剎車，這樣剎車的故障率會小很多，看看一般伺服電機上剎車的故障率就知道了，隨時拍急停，機器人停的時候也不會有間隙。但是~~~~摩擦式剎車也有它的問題需要小心 處理，誰用誰知道~~~~

第三、雙編碼器。目前比較多的方案是電機端采用增量式編碼器，而輸出端采用單圈絕對值編碼器，有用磁編，也有用電容編碼器，也有光編，各有各的考慮。但這種搭配有個問題是一旦機器人掉電情況下轉動模組超過一定角度，零點就丟失~~~~UR的另一個痛點！每次UR啟動都要確認機器人是否被動過，否則就得聯系廠家~~~~于是，聰明的中國工程師當時又有新方案，真多圈，偽多圈了解下~~~~

第四、電機。毫無疑問，現在協作機器人關節中絕大多數使用的是48V無框電機。其實從技術實現來說，要做碰撞檢測與拖拉示教，無框電機并不是唯一選擇，其實普通電機也完全可以實現，并且也有人這么用。只是48V電機更符合協作安全的特性，無框電機也更容易實現中空雙編碼器、中空剎車、中空驅動器的緊湊組合。于是無框電機作為新鮮事物自然水漲船高，趁著沒有被做爛，能割一波是割波。從功能實現，成本最優的思路出發，內轉子電機貴，于是有人開始用外轉子電機，價格便宜，慣量還大，還更扁平~~~完美~~~

第五、中空。UR的另一個不足是中空孔徑小，只能穿幾根線，而且模組本身標稱可以正負360度旋轉。說是正負360度，實際真正使用到的場景很少，也大概也是很多廠家使用的其實并非高柔線纜，要是真正遇到正負360度旋轉的場景就~~~~~關于中空，有兩個衍生，一種是大中空的模組，給客戶穿線，其實像UR這種只能外部走線的協作機器人，也從另一個角度限制了正負360度，另一種就是滑環，正負無限度旋轉，完美~~~~~

第六、力控方式，UR系列是不帶力傳感器的，只用電流實現力控，用戶體驗自然欠佳，但是便宜，所以目前絕大多數協作都是采用這種方案。而在URe系列中，UR在末端增加了一個力傳感器實現更精確的力控，注意，是真的只加了一個力傳感器，然后價格就上去了，而如果你要使用這個力傳感器的軟件，不好意思，得另外加錢~~~

       要真正實現完美力控，還得是每個關節都加上力傳感器，iiwa的每一個DEMO都能驚艷全場，領導協作機器人技術，一直被模仿，從未被超越，不對，能模仿者都甚少~~~~~

協作機器人應用
0 z1 j5 C8 p# \: @5 {

為什么說世上本沒有協作？協作，協作，就是協同與合作。而目前的所謂協作機器人都遠未達到這一點，或者說只是實現了初級階段。

       我們可以先看看協作機器人出貨量最大的UR機器人都賣到哪里，下面是UR官網的典型應用案例類型。

注意兩句話關鍵的話：各種各樣的生產環境中；幫助用戶實現自動化，簡化重復性工業。這好像跟當年工業機器人剛出來時的宣傳是一模一樣的啊，協作在哪？

      經過幾年的反復搜索，協作機器人現在的應用可以分為工業、教育、服務、醫療四大領域。

      醫療：高端玩家才敢入局，超級燒錢的領域，回報周期又特別長。目前協作機器人在醫療方面主要是檢查、康復、手術幾個方向，這幾個方向又是門檻一個比一個高，一個比一個難，一個比一個久。并且，絕大多數協作機器人并不具備醫療器械，而與機器人公司與醫療器械公司合作開發的過程。而且，所謂醫療機器人，也并非由機器人完成手術，而是由人操作機器人完成手術，如著名的達芬奇機器人。這里人機的交互會更多一些，安全性也比一般的應用要高得多。算是協作初級階段中的高級階段了。所以不管是國內還是國際，想碰、敢碰、能碰的都是少數英雄。下面感受一下iiwa的植發手術，看著都疼~~~~

服務：以餐廳與街機為主。餐廳就是所謂的炒菜機器人，街機就是替換大街小巷的無人售賣機、奶茶機、咖啡機。這種目前更多也是資本的嘗試，畢竟你用兩臺10萬的機器人給我炒一盤20塊的蛋炒飯，給我倒一杯20塊的奶茶，我會挺不好意思的，一方面味道并不怎樣，一方面我覺得這么貴的設備，我要不要再加2毛錢~~~~然而，我的錢包又不允許我這么奢侈~~~~另外很好奇食品安全認證怎么過的~~~~~

教育：這應該是協作落地最快的領域了。協作機器人概念出來的時候，大家都在好奇，協作機器是什么鬼，買回來研究一下，今年的課題有著落了。于是，買整機回去拆的，買回去做二次開發研究的，買回去教別人怎么拆的，買回去教別人怎么研究的，遍地開花。UR最開始最大的市場是在這一塊，為什么？國產還沒研究透，iiwa又買不起~~~~當前，現在教育行業仍是一塊肥肉，畢竟相對傳統工業機器人來說，協作更輕巧，失誤時更不容易出意外，協作的概念也正火。

工業：這就是重點了。目前幾乎所有的協作廠家都在擠占工業市場的份額。什么上下料、打螺絲、點膠等等，其實都傳統機器人的擅長領域，然后協作機器人速度慢、精度低、剛性差的先天不足又嚴重限制了其在工作領域的進軍，只能努力尋找節拍要求高，精度要求不高的應用場景。

可悲嗎？一點都不！因為現在的協作并不是真的協作啊，這才是目前所謂協作機器人真正的優勢所在。前面我們講了，許多把帶碰撞檢測與拖拉示教功能的長得像UR的機器人稱為協作機器人。實際上我更愿意把他們稱為輕量化的機器人，再好聽點可以稱為準協作機器人。碰撞檢測與拖拉示教其實并不是由協作的概念帶出，實際上早在多年以前，在傳統的機器人上就已經實際了這兩個功能，在實際生產使用中作用非常有限。但是協作機器人本身輕量化、模塊的設計在很多工業場景有非常好的應用。最典型的就是AGV+協作+3D視頻，一臺設備可以為多個地區實現自動上下料，自動充電，無充上料，完美的解決方案。

       但是，比較無奈的是，除了AGV+協作機器人以外，還有哪些與協作機器人可以很好結合的應用場景，這是現在整個行業都思考與嘗試的問題。所以現在很多協作機器人廠家都推平臺的概念。什么是平臺，就是我提供機器人這個基礎條件，你們來想場景，我不知道我的機器人要怎么用，那大家一起來想辦法！

) S2 Y; l& g" l& q: H5 X" ~

結語

扯了那么多，總結一下這兩期的廢話重點：

1、什么是協作機器人？目前只有很泛的定義，還有大量細節需要制定規范標準。

2、協作銷售哪家強？UR協作第一強。協作技術哪家強？Iiwa一直被追趕。

3、目前的絕大多數協作機器人都是偽協作，準協作，假協作，不管怎么個叫法，協作是一個深度交互系統，單個協作機器人本體僅僅是基礎要素而已。

4、協作雖假，輕易化與模塊化是真，有大量的應用待挖掘，得應用者得天下。

5、2020年工博會，協作機器人獨占鰲頭，不少看展回來的小伙伴都說，到處都是長得差不多的協作機器人。不知該喜還是該憂~~~~

pengjc2001

好文章。

《歸墟》

不錯