自從17年開始寫公眾號以來，DELTA、SCARA、六軸都已經(jīng)寫過了，在大的門類中，就只剩下協(xié)作還未寫過，沒錯，這一期我們來聊聊協(xié)作機器人。

     個人認為，就目前而言，協(xié)作機器人并不存在，或者說目前還處于協(xié)作機器人的初級階段，只不過在機器人行業(yè)幾十年未有突破的情況下，“協(xié)作”這個概念引爆了一個風(fēng)口，但凡能拖拉示教與碰撞檢測功能的機器人都敢自稱協(xié)作機器人。

     協(xié)作雖假（或者說協(xié)作雖未到火候），但協(xié)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(xiàn)實意義。

協(xié)作機器人介紹

關(guān)于什么是協(xié)作機器人，網(wǎng)上已經(jīng)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(xié)作工作區(qū)內(nèi)直接交互而設(shè)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(diào)兩個關(guān)鍵詞：“協(xié)作工作區(qū)”和“直接交互”。協(xié)作，安全為先，所以ISO 10218自然更強調(diào)協(xié)作機器人是安全的，所以才能實現(xiàn)機器人與人共享協(xié)作工作區(qū)，但是什么安全，ISO就說不清了，只有一句“不應(yīng)該產(chǎn)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(xiàn)實，ISO 15066 也是2016年才發(fā)布這么一個初稿，后續(xù)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(xié)作，都自稱協(xié)作機器人。說得更直接點，現(xiàn)在的現(xiàn)象是，只要看起來像UR，都是協(xié)作機器人。

協(xié)作機器人的門派之分

       都是實現(xiàn)人機協(xié)作，都是為了去掉傳統(tǒng)的圍欄，采用的策略卻各不相同。

主動防御式

       這是一種兼顧協(xié)作機器人與傳統(tǒng)機器的理想模式，即在機器人周邊劃分不同的區(qū)域，由傳感器監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的動態(tài)，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(chuàng)造出虛擬空間。

        當人在虛擬空間以外時，機器人高速做生產(chǎn)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(tǒng)，所用的機器人甚至不一定是現(xiàn)在所謂的協(xié)作機器人，傳統(tǒng)的機器人也可以。

        比較理想的設(shè)置是，在機器人的周邊劃分成在三個區(qū)域，姑且稱為外空間，中空間，內(nèi)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(nèi)空間時，機器人二次減速，龜速工作，此時機器人與人非�？拷�，一旦機器人與人發(fā)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(yīng)不同的速度工作。

       理想很豐滿，現(xiàn)實卻很骨感。實際應(yīng)用場景卻要復(fù)雜得多，如何判斷人在哪一個空間、如何保證傳感器的穩(wěn)定性、如何定義慢速/龜速，如何自行恢復(fù)等等根據(jù)不同的應(yīng)用場景都有相當復(fù)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(xiàn)了部分策略。

       典型案例：FANUC雙重防碰撞安全檢測技術(shù)，策略也比較簡單。此功能可在人機作業(yè)的環(huán)境中，在機器人周邊構(gòu)成一個虛擬的安全作業(yè)區(qū)域，當人員進入該區(qū)域觸發(fā)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(yù)時機器人全速運行，信號燈以綠色表示；當人員進入預(yù)警區(qū)時，機器人速度減慢，信號燈顯示黃色；當人員進入危險區(qū)，會對人員造成傷害時，機器人緊急停止，信號燈以紅色表示。

緩沖式

       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(tǒng)機器人上包裹一層軟材料，并發(fā)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(xié)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(yīng)非常靈敏。

         然而，目前電子皮膚的技術(shù)仍是開發(fā)階段，成熟產(chǎn)品少，價格也相當高，限制了其應(yīng)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。

力控式

       力控式是目前協(xié)作領(lǐng)域最常用的方式。設(shè)想假定裝配某一個產(chǎn)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(xù)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(xiàn)的策略。于是，目前大眾所認識的UR式協(xié)作機器人應(yīng)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(jiān)測電流來實際力控，結(jié)構(gòu)相對簡單，容易實現(xiàn)，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(jīng)夠了。

       另一派是以KUKA為首的力傳感器方案，采用高精度的應(yīng)變片，實現(xiàn)精確的力控，什么壓蛋不破，刺手不傷，釘刺氣球不破，都是經(jīng)典DEMO，然而，因為結(jié)構(gòu)復(fù)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(xiàn)精準力控，這種其實是比較成熟的技術(shù)，在協(xié)作概念未火之前已經(jīng)有較多的使用，只是搭著協(xié)作的風(fēng)打了個擦邊球。價格嘛~~~~呵呵呵呵呵呵~~~~~
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非主流式

       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(xié)作機器人，還包裹了緩沖材料，或者還增加了安全區(qū)域檢測，組合還是挺多的。

       另外也有一些小眾方案。

       直驅(qū)電機：前面講的UR類協(xié)作是通過監(jiān)測電流實現(xiàn)力控有很大的局限性，原因是UR類協(xié)作機器人的模組的驅(qū)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(guī)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(qū)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(xiàn)非常順滑的力控，穩(wěn)定性也要比應(yīng)變片好得多。然而~~~~~上帝是公平的，目前直驅(qū)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(qū)電機的體積實在太大了，限制了構(gòu)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(xiàn)了協(xié)作。不管是想法還是技術(shù)還是顏值，都是相當哇塞，價格嘛，我想應(yīng)該也挺哇塞的~~~~~
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       學(xué)霸方案：要說協(xié)作的鼻祖，不得不提Rethink的悲劇人生。引領(lǐng)協(xié)作潮流，又不得不賣身求存，技術(shù)路線完全拋棄成熟的減速機，幾乎都是采用自研的結(jié)構(gòu)，只可惜，時代看上了學(xué)霸，但市場沒看上~~~~~向?qū)W霸致敬，希望早日歸隊。