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自從17年開(kāi)始寫(xiě)公眾號(hào)以來(lái),，DELTA,、SCARA,、六軸都已經(jīng)寫(xiě)過(guò)了,，在大的門(mén)類中,，就只剩下協(xié)作還未寫(xiě)過(guò),，沒(méi)錯(cuò),，這一期我們來(lái)聊聊協(xié)作機(jī)器人,。

個(gè)人認(rèn)為，就目前而言,，協(xié)作機(jī)器人并不存在,，或者說(shuō)目前還處于協(xié)作機(jī)器人的初級(jí)階段，只不過(guò)在機(jī)器人行業(yè)幾十年未有突破的情況下,，“協(xié)作”這個(gè)概念引爆了一個(gè)風(fēng)口,，但凡能拖拉示教與碰撞檢測(cè)功能的機(jī)器人都敢自稱協(xié)作機(jī)器人。

協(xié)作雖假（或者說(shuō)協(xié)作雖未到火候）,，但協(xié)作機(jī)器人所引出的模塊化,、輕量化的概念卻有實(shí)實(shí)在在的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)于什么是協(xié)作機(jī)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(duì)機(jī)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(jì)的機(jī)器人”,，用老百姓的話說(shuō),，這貨不是豬隊(duì)友，跟他在一起玩時(shí)，他既不會(huì)自爆也不會(huì)爆你,，大家手牽手,，都是好朋友。

ISO的定義強(qiáng)調(diào)兩個(gè)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(qiáng)調(diào)協(xié)作機(jī)器人是安全的,，所以才能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與人共享協(xié)作工作區(qū),，但是什么安全，ISO就說(shuō)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(shuí)說(shuō)得清,，相同的力道一拳過(guò)去,，練家子可能啥事兒沒(méi)有，一般人可能就暈過(guò)去了,。

這也難怪,，畢竟標(biāo)準(zhǔn)總是落后于現(xiàn)實(shí)，ISO 15066 也是2016年才發(fā)布這么一個(gè)初稿,，后續(xù)要細(xì)化還有很長(zhǎng)的路要走,。也正是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的模糊，所以只要去掉圍欄,，只要能拖動(dòng)示教,，只要有碰撞檢測(cè)，只要看起來(lái)像協(xié)作,，都自稱協(xié)作機(jī)器人,。說(shuō)得更直接點(diǎn)，現(xiàn)在的現(xiàn)象是,，只要看起來(lái)像UR,，都是協(xié)作機(jī)器人。

這是一種兼顧協(xié)作機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器的理想模式,，即在機(jī)器人周邊劃分不同的區(qū)域,，由傳感器監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)，傳感器可能是光幕,，可能是視覺(jué),，可能是激光測(cè)距傳感器,，用來(lái)代替圍欄，創(chuàng)造出虛擬空間,。

當(dāng)人在虛擬空間以外時(shí),，機(jī)器人高速做生產(chǎn)工作，而當(dāng)人進(jìn)入虛擬空間時(shí),，機(jī)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(jī)器人甚至不一定是現(xiàn)在所謂的協(xié)作機(jī)器人,，傳統(tǒng)的機(jī)器人也可以,。

比較理想的設(shè)置是，在機(jī)器人的周邊劃分成在三個(gè)區(qū)域,，姑且稱為外空間,，中空間，內(nèi)空間,，當(dāng)人處于外空間時(shí),，機(jī)器人高速工作；當(dāng)人進(jìn)入中空間時(shí),，機(jī)器人慢速工作,；而當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入內(nèi)空間時(shí)，機(jī)器人二次減速,，龜速工作,，此時(shí)機(jī)器人與人非常靠近,，一旦機(jī)器人與人發(fā)生碰撞,，機(jī)器人停止。當(dāng)人遠(yuǎn)離機(jī)器人時(shí),，機(jī)器人又自動(dòng)按人所在的空間對(duì)應(yīng)不同的速度工作。

理想很豐滿,，現(xiàn)實(shí)卻很骨感,。實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景卻要復(fù)雜得多，如何判斷人在哪一個(gè)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(chǎng)景都有相當(dāng)復(fù)雜的組合,，所以這種策略的實(shí)施非常困難,，實(shí)際的案例中也只是實(shí)現(xiàn)了部分策略。

典型案例：FANUC雙重防碰撞安全檢測(cè)技術(shù),，策略也比較簡(jiǎn)單,。此功能可在人機(jī)作業(yè)的環(huán)境中，在機(jī)器人周邊構(gòu)成一個(gè)虛擬的安全作業(yè)區(qū)域，當(dāng)人員進(jìn)入該區(qū)域觸發(fā)安全機(jī)制時(shí),，機(jī)器人暫停當(dāng)前的工作,，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)人員，避免受到傷害的情況,。

當(dāng)機(jī)器人在運(yùn)作時(shí),，四周不需要安全圍欄，在無(wú)外界干預(yù)時(shí)機(jī)器人全速運(yùn)行,，信號(hào)燈以綠色表示,；當(dāng)人員進(jìn)入預(yù)警區(qū)時(shí)，機(jī)器人速度減慢,，信號(hào)燈顯示黃色,；當(dāng)人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，會(huì)對(duì)人員造成傷害時(shí),，機(jī)器人緊急停止,，信號(hào)燈以紅色表示。

由于主動(dòng)防御實(shí)在哪保周全,，于是衍生出另一種補(bǔ)救方式——電子皮膚,。即在傳統(tǒng)機(jī)器人上包裹一層軟材料，并發(fā)生碰撞時(shí),，既能做緩沖降低傷害,，同時(shí)這種材料本身也是一種傳感器，可以感知外界的力,，達(dá)到協(xié)作的安全目的,。

然而，目前電子皮膚的技術(shù)仍是開(kāi)發(fā)階段,，成熟產(chǎn)品少,，價(jià)格也相當(dāng)高，限制了其應(yīng)用,。而且很多時(shí)候機(jī)器人并不是整體包裹,，比如基座、末端法蘭露出,，其實(shí)仍免不了安全隱患,。

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(gè)產(chǎn)品的力是2KG的力,，機(jī)器人固定輸出2KG左右的力,，超過(guò)2KG時(shí),，或者受到外界的其他力時(shí)，則判斷遇到了不可繼續(xù)的阻礙,，機(jī)器人則自動(dòng)停止,，人為介入，防止傷人,。從安全方面來(lái),，也是退而求其次，挺好的策略,，而且也是相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的策略,。于是，目前大眾所認(rèn)識(shí)的UR式協(xié)作機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生,。

再分細(xì)一點(diǎn),，力控又分成三個(gè)大的方向。以UR為首的高性價(jià)比方案,，通過(guò)監(jiān)測(cè)電流來(lái)實(shí)際力控,，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn),，性能上力控的精度自然要差很多,，但是對(duì)于追逐潮流來(lái)說(shuō)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(shí)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?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高,，投入大,，周期長(zhǎng)，回報(bào)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(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)力控,，這種其實(shí)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(gè)擦邊球,。價(jià)格嘛~~~~呵呵呵呵呵呵~~~~~

上述只是列舉了典型方式,，也有不少?gòu)S家是采用了綜合的方案，比如使用了協(xié)作機(jī)器人,，還包裹了緩沖材料,，或者還增加了安全區(qū)域檢測(cè)，組合還是挺多的,。

直驅(qū)電機(jī)：前面講的UR類協(xié)作是通過(guò)監(jiān)測(cè)電流實(shí)現(xiàn)力控有很大的局限性，原因是UR類協(xié)作機(jī)器人的模組的驅(qū)動(dòng)是由電機(jī)加減速機(jī)組成,，減速機(jī)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(jī)這邊根本看不到電流變化,。直驅(qū)電機(jī)正好彌補(bǔ)了這個(gè)缺點(diǎn)，既能輸出足夠大的力,，外界的力又直接被電機(jī)感知,，故能實(shí)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(jī)的功率密度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想需求，相同的扭矩,，直驅(qū)電機(jī)的體積實(shí)在太大了,，限制了構(gòu)型與使用，價(jià)格上仍是偏貴,，但相比iiwa來(lái)說(shuō),，簡(jiǎn)直白菜價(jià)。

氣動(dòng)方案：來(lái)自氣動(dòng)界霸主FESTO的杰作,，采用氣缸實(shí)現(xiàn)了協(xié)作,。不管是想法還是技術(shù)還是顏值，都是相當(dāng)哇塞,，價(jià)格嘛,，我想應(yīng)該也挺哇塞的~~~~~

學(xué)霸方案：要說(shuō)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(mài)身求存，技術(shù)路線完全拋棄成熟的減速機(jī),，幾乎都是采用自研的結(jié)構(gòu),，只可惜，時(shí)代看上了學(xué)霸,，但市場(chǎng)沒(méi)看上~~~~~向?qū)W霸致敬,，希望早日歸隊(duì),。

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