柔性機(jī)器人是否是以后協(xié)作機(jī)器人的發(fā)展方向？
Date：2020-06-18
協(xié)作機(jī)器人是在協(xié)作領(lǐng)域直接與人交互的機(jī)器人。中小企業(yè)是協(xié)作機(jī)器人非常重要的客戶群體，協(xié)作機(jī)器人的興起與中小企業(yè)有著密切的關(guān)系。
協(xié)作機(jī)器人的起源，卡斯帕·斯泰和克里斯蒂安·卡斯索在南丹麥大學(xué)共同進(jìn)行研究時創(chuàng)立了通用機(jī)器人。現(xiàn)在首席執(zhí)行官埃斯本·斯特加德是南丹麥大學(xué)的助理教授。三人發(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)的機(jī)器人項目有關(guān)），并于2009年推出了第一款協(xié)作機(jī)器人UR5。UR5之前的協(xié)作機(jī)器人大多是在傳統(tǒng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。UR5是第一個從產(chǎn)品設(shè)計開始就根據(jù)協(xié)作機(jī)器人的要求開發(fā)的機(jī)器人。
在那之后不久（2008年），著名機(jī)器人專家羅德尼·布魯克斯（Rodney Brooks）創(chuàng)立了retain robotics。其初衷是幫助美國中小企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低成本，減少離岸外包。最初的雙臂巴克斯特并不十分成功，慢慢開始落后于烏爾人。去年秋天，新型的單臂鋸木機(jī)器人問世，市場接受程度有待觀察。
經(jīng)過我們的反思，一大批新成立的協(xié)作機(jī)器人公司（如深圳泰科智能機(jī)器人）已經(jīng)成長起來。市場上有越來越多的協(xié)作產(chǎn)品。協(xié)作機(jī)器人的概念逐漸被大家認(rèn)可和接受。
協(xié)作機(jī)器人與傳統(tǒng)六軸機(jī)器人的區(qū)別是協(xié)作機(jī)器人也屬于工業(yè)機(jī)器人，但與傳統(tǒng)六軸機(jī)器人相比，技術(shù)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)用于汽車、3C等行業(yè)，這些行業(yè)都是大型貼牌生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)線成熟，行業(yè)穩(wěn)定，一年內(nèi)易產(chǎn)的概率很大。工程師可以直接編程并開始生產(chǎn)。對于這種以效率為導(dǎo)向的應(yīng)用，必須使用六軸機(jī)器人，我們發(fā)現(xiàn)許多小企業(yè)，如集成商，在生產(chǎn)線上更換生產(chǎn)非常頻繁。對于這些中小企業(yè)來說，他們的需求更為頻繁，也更容易操作。最重要的一點是安全。傳統(tǒng)的機(jī)器人需要被安全圍欄包圍。每年都會發(fā)生許多事故，這需要在安全系統(tǒng)上付出很大的代價。協(xié)作機(jī)器人需要與人協(xié)作才能完成生產(chǎn)，因此安全問題必須得到解決。
主要協(xié)作機(jī)器人在市場上的分布
第一代，基于對傳統(tǒng)機(jī)器人的改造。這種協(xié)作機(jī)器人是在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上建立起來的，負(fù)載和臂擴(kuò)展的選擇比較大，檢測手段有很多種，但是速度必須非常慢，精度和安全性都有一定的缺陷，舊的產(chǎn)品設(shè)計思想與協(xié)作不一致，轉(zhuǎn)換成本高，人機(jī)協(xié)作的一些思想也不一致。
在第二代，成本/性能是很好的平衡，"協(xié)作"機(jī)器人，是廣泛生產(chǎn)和眾所周知的，是大規(guī)模生產(chǎn)的。例如，UR是一種具有重量輕、電壓低、負(fù)荷小的協(xié)作機(jī)器人，是傳統(tǒng)機(jī)器人中較為安全的一種，結(jié)構(gòu)簡單，控制和規(guī)劃要求低，能夠滿足一般物料搬運、定位和機(jī)床裝卸的需要。然而，上海在價格、易用性、靈活性和安全性等方面存在諸多問題。
第三代，協(xié)作機(jī)器人的進(jìn)化版本。以ABB為代表的協(xié)作機(jī)器人具有精確的機(jī)械手動力學(xué)模型、精確的傳動模型和振動補(bǔ)償，沒有扭矩傳感器，通過大大減少自重和負(fù)載，將摩擦和慣性對阻力、碰撞和力控制的影響降低到足夠的水平。然而，該電纜的設(shè)計并不是一個重型電機(jī)，電纜的方向更加復(fù)雜，設(shè)計原則決定了重載模型無法完成，實際著陸仍需改進(jìn)。
基于SEA的第四代柔性機(jī)器人。仿生ARM路的中間版本也是具有良好成本和性能平衡的下一代協(xié)作機(jī)器人技術(shù)。
該機(jī)器人的每個關(guān)節(jié)都有一個靈活的傳感器，它控制機(jī)器人前三代在控制機(jī)器人末端的位置，從一定的點到一定的點，根據(jù)控制的定時，轉(zhuǎn)換為高或低的控制，直接力控制，可以實現(xiàn)高動態(tài)力控制，高靈敏度的阻力教學(xué)/碰撞檢測；每個關(guān)節(jié)傳感器的真實閉環(huán)反饋來實現(xiàn)控制檢測，這些機(jī)器人在關(guān)節(jié)中加入力傳感器可以很好地實現(xiàn)機(jī)器人的力控制柔性。
協(xié)作機(jī)器人的起源，卡斯帕·斯泰和克里斯蒂安·卡斯索在南丹麥大學(xué)共同進(jìn)行研究時創(chuàng)立了通用機(jī)器人。現(xiàn)在首席執(zhí)行官埃斯本·斯特加德是南丹麥大學(xué)的助理教授。三人發(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)的機(jī)器人項目有關(guān)），并于2009年推出了第一款協(xié)作機(jī)器人UR5。UR5之前的協(xié)作機(jī)器人大多是在傳統(tǒng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。UR5是第一個從產(chǎn)品設(shè)計開始就根據(jù)協(xié)作機(jī)器人的要求開發(fā)的機(jī)器人。
在那之后不久（2008年），著名機(jī)器人專家羅德尼·布魯克斯（Rodney Brooks）創(chuàng)立了retain robotics。其初衷是幫助美國中小企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低成本，減少離岸外包。最初的雙臂巴克斯特并不十分成功，慢慢開始落后于烏爾人。去年秋天，新型的單臂鋸木機(jī)器人問世，市場接受程度有待觀察。
經(jīng)過我們的反思，一大批新成立的協(xié)作機(jī)器人公司（如深圳泰科智能機(jī)器人）已經(jīng)成長起來。市場上有越來越多的協(xié)作產(chǎn)品。協(xié)作機(jī)器人的概念逐漸被大家認(rèn)可和接受。
協(xié)作機(jī)器人與傳統(tǒng)六軸機(jī)器人的區(qū)別是協(xié)作機(jī)器人也屬于工業(yè)機(jī)器人，但與傳統(tǒng)六軸機(jī)器人相比，技術(shù)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)用于汽車、3C等行業(yè)，這些行業(yè)都是大型貼牌生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)線成熟，行業(yè)穩(wěn)定，一年內(nèi)易產(chǎn)的概率很大。工程師可以直接編程并開始生產(chǎn)。對于這種以效率為導(dǎo)向的應(yīng)用，必須使用六軸機(jī)器人，我們發(fā)現(xiàn)許多小企業(yè)，如集成商，在生產(chǎn)線上更換生產(chǎn)非常頻繁。對于這些中小企業(yè)來說，他們的需求更為頻繁，也更容易操作。最重要的一點是安全。傳統(tǒng)的機(jī)器人需要被安全圍欄包圍。每年都會發(fā)生許多事故，這需要在安全系統(tǒng)上付出很大的代價。協(xié)作機(jī)器人需要與人協(xié)作才能完成生產(chǎn)，因此安全問題必須得到解決。
主要協(xié)作機(jī)器人在市場上的分布
第一代，基于對傳統(tǒng)機(jī)器人的改造。這種協(xié)作機(jī)器人是在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上建立起來的，負(fù)載和臂擴(kuò)展的選擇比較大，檢測手段有很多種，但是速度必須非常慢，精度和安全性都有一定的缺陷，舊的產(chǎn)品設(shè)計思想與協(xié)作不一致，轉(zhuǎn)換成本高，人機(jī)協(xié)作的一些思想也不一致。
在第二代，成本/性能是很好的平衡，"協(xié)作"機(jī)器人，是廣泛生產(chǎn)和眾所周知的，是大規(guī)模生產(chǎn)的。例如，UR是一種具有重量輕、電壓低、負(fù)荷小的協(xié)作機(jī)器人，是傳統(tǒng)機(jī)器人中較為安全的一種，結(jié)構(gòu)簡單，控制和規(guī)劃要求低，能夠滿足一般物料搬運、定位和機(jī)床裝卸的需要。然而，上海在價格、易用性、靈活性和安全性等方面存在諸多問題。
第三代，協(xié)作機(jī)器人的進(jìn)化版本。以ABB為代表的協(xié)作機(jī)器人具有精確的機(jī)械手動力學(xué)模型、精確的傳動模型和振動補(bǔ)償，沒有扭矩傳感器，通過大大減少自重和負(fù)載，將摩擦和慣性對阻力、碰撞和力控制的影響降低到足夠的水平。然而，該電纜的設(shè)計并不是一個重型電機(jī)，電纜的方向更加復(fù)雜，設(shè)計原則決定了重載模型無法完成，實際著陸仍需改進(jìn)。
基于SEA的第四代柔性機(jī)器人。仿生ARM路的中間版本也是具有良好成本和性能平衡的下一代協(xié)作機(jī)器人技術(shù)。
該機(jī)器人的每個關(guān)節(jié)都有一個靈活的傳感器，它控制機(jī)器人前三代在控制機(jī)器人末端的位置，從一定的點到一定的點，根據(jù)控制的定時，轉(zhuǎn)換為高或低的控制，直接力控制，可以實現(xiàn)高動態(tài)力控制，高靈敏度的阻力教學(xué)/碰撞檢測；每個關(guān)節(jié)傳感器的真實閉環(huán)反饋來實現(xiàn)控制檢測，這些機(jī)器人在關(guān)節(jié)中加入力傳感器可以很好地實現(xiàn)機(jī)器人的力控制柔性。