9 Y# z; V$ S& H3 a0 z 自從17年開始寫公眾號(hào)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(cuò),，這一期我們來聊聊協(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，或者說目前還處于協(xié)作機(jī)器人的初級(jí)階段,，只不過在機(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,。 目 錄 協(xié)作機(jī)器人介紹 協(xié)作機(jī)器人的門派之分 協(xié)作機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu) 協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用
7 G2 ?7 i/ C; b3 R; @8 ^) \7 P8 M8 I 結(jié)語
0 V) O; B/ p2 }: M0 u$ X2 w4 Q 協(xié)作機(jī)器人介紹 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，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(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),，只要看起來像協(xié)作,，都自稱協(xié)作機(jī)器人。說得更直接點(diǎn),，現(xiàn)在的現(xiàn)象是,，只要看起來像UR，都是協(xié)作機(jī)器人,。 協(xié)作機(jī)器人的門派之分 都是實(shí)現(xiàn)人機(jī)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,。
% |$ u; D) j' ^% `主動(dòng)防御式 ; X# d1 R c0 V) | r# J: P6 c
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，可能是激光測(cè)距傳感器,，用來代替圍欄,，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�,？拷坏C(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,。 ![]() ; `% ^8 A2 [- Z" Y! i
緩沖式
9 {: x7 T* _ q: A' @+ @ 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。 典型案例：Staubli的TX2 touch,，從碰撞檢測(cè)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(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。 ![]() 1 g1 T* k- L# z/ A% X2 }
' R' \* [2 h, Y, Z, Y T+ t% n力控式
' b) j. P$ _/ @0 U6 y 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，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,，通過監(jiān)測(cè)電流來實(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(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,，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~~~~~ m8 O" h7 ?, ?3 y9 J8 r$ q) q; i
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非主流式 , u% J2 X+ X' r9 v* s. H
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(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,。 另外也有一些小眾方案。 直驅(qū)電機(jī)：前面講的UR類協(xié)作是通過監(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來說，簡(jiǎn)直白菜價(jià),。 典型案例：慧靈 ![]() 氣動(dòng)方案：來自氣動(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~~~~~4 @) ~; b' |3 ]* S# Z/ l* e
![]() 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(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)沒看上~~~~~向?qū)W霸致敬，希望早日歸隊(duì),。 ![]() 8 v" w9 P1 E( f( I6 K, ]: q
7 p8 X; ` C0 c7 C2 m# O/ z. C看得不過癮,？沒關(guān)系，未完待續(xù)![]()
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發(fā)表于 2021-8-28 15:47:09
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