' I3 L" j I: G; z; _% D2 ? 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(rèn)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。 目 錄 協(xié)作機器人介紹 協(xié)作機器人的門派之分 協(xié)作機器人的典型結(jié)構(gòu) 協(xié)作機器人的應(yīng)用 8 ~ I: h3 a% z# j% y
結(jié)語 0 {1 S! } k7 D, V5 h8 M
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(biāo)準(zhǔn)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(xì)化還有很長的路要走,。也正是因為標(biāo)準(zhǔn)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。 , S' G; Z! v# `- W# B# L/ Y! u L
主動防御式
D. \2 d, M4 ] 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(dāng)人在虛擬空間以外時,，機器人高速做生產(chǎn)工作，而當(dāng)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(dāng)人處于外空間時,，機器人高速工作,；當(dāng)人進入中空間時,，機器人慢速工作；而當(dāng)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(dāng)人遠(yuǎn)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(dāng)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(dāng)人員進入該區(qū)域觸發(fā)安全機制時,，機器人暫停當(dāng)前的工作,，進而達(dá)到保護人員，避免受到傷害的情況,。 當(dāng)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(dāng)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(dāng)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。 ![]()
3 q" y) S% F& k& ^5 L0 U緩沖式 6 J/ ^6 k" o# {
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(dá)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(dāng)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,。 ![]() ' A* Z4 d& }5 X1 F5 i; |: o
" v. N; v2 Y* |2 F6 p5 ~' j力控式 6 d& {* a+ B+ Y1 k w: R
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(rèn)識的UR式協(xié)作機器人應(yīng)運而生,。 再分細(xì)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(zhǔn)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~~~~~8 N- {) ^3 _6 M8 {5 `
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非主流式
/ w/ W4 J) q9 i9 [3 g5 x: x X 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(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)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(dāng)哇塞，價格嘛,，我想應(yīng)該也挺哇塞的~~~~~
* g; e9 G2 W8 _+ b" L! L# ?" x- N ![]() 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,。 ![]()
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; q4 k+ I" I6 I/ }; _# D0 H看得不過癮？沒關(guān)系，未完待續(xù)![]() 7 f7 l, J8 R2 j; h/ q$ v% I5 {/ z
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發(fā)表于 2021-8-28 15:47:09
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